KR102183001B1 - 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스 - Google Patents

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엔카이 하오
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Abstract

디스플레이 디바이스에서의 사용에 적합한 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스가 기술된다. 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스는 제1 투명 전극 층, 제1 투명 전극 층에 인접하게 배치된 전자적 스위칭가능 층, 및 전자적 스위칭가능 층에 인접하게 그리고 제1 투명 전극 층에 대향하게 배치되는 제2 투명 전극 층을 포함한다. 제2 투명 전극 층은 미세구조 립들이 교호하는 일련의 립들과 채널들 - 각각의 채널은 인접 립들에 의해 한정되는 채널 벽들을 가짐 - 을 형성하도록 투명 기판 층의 주표면을 가로질러서 연장되는 복수의 미세구조 립들을 갖는 투명 기판 층을 포함한다. 투명 전극 재료를 포함하는 복수의 투명 전극 부재들은 대응하는 복수의 채널들에서의 적어도 하나의 채널 벽 상에 배치되고; 버스 부재는 복수의 투명 전극 부재들에 걸쳐서 전기 접속성을 제공한다. 전자적 스위칭가능 층 내에 배치되는 스페이서 요소가 제1 투명 전극 층을 제2 투명 전극 층으로부터 이격되게 유지시킨다. 전자적 스위칭가능 층의 일부분이 복수의 채널들을 적어도 부분적으로 충전하고, 복수의 투명 전극 부재들과 전기 접촉한다. 전자적 스위칭가능 층은 제1 투명 전극 층 및 제2 투명 전극 층에 걸친 직류 전압의 인가 시에 높은 광 흡수 상태와 낮은 광 흡수 상태 사이에서 조정이 가능한 전자적 스위칭가능 재료를 포함한다.

Description

전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스{ELECTRONICALLY SWITCHABLE PRIVACY DEVICE}
본 발명은 광학 필름들 및 광학 필름들을 포함하는 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스들에 관한 것이다. 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스들은 전자 디스플레이 디바이스들에 사용될 수 있다.
프라이버시 필름들은 전자 디스플레이 디바이스들의 분야에 공지되어 있다. 뷰어(viewer)는 이미지들이 선택적으로 보일 수 있도록 전자 디스플레이 디바이스의 뷰잉 표면에 프라이버시 필름을 적용할 수 있다. 전형적으로, 뷰어가 프라이버시 필름의 표면의 법선에 대하여 소정 범위의 작은 뷰잉 각도 내에 배치되는 경우, 디스플레이되는 이미지들은 필름을 통해서 보일 수 있다. 뷰잉 각도가 법선에 대하여 증가하도록 뷰어의 위치가 변화함에 따라, 프라이버시 필름을 통해서 투과되는 간섭성 광(coherent light)의 양은 최대 뷰잉 각도에 도달하고 디스플레이되는 이미지들이 더 이상 보이지 않을 때까지 감소한다.
전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스가 개시된다. 디바이스는 사용자가 전자 디스플레이 디바이스에 의해 디스플레이되고 있는 정보의 뷰잉을 제한하기 원하는 경우에 프라이버시 모드(privacy mode)로 사용될 수 있다. 사용자가 디스플레이되고 있는 정보를 공유하기 원하는 경우, 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스는 공유하기 위한 공개 모드(public mode)로 스위칭될 수 있다. 뷰어는 전자 디스플레이 디바이스의 뷰잉 표면으로부터 프라이버시 디바이스를 물리적으로 제거할 필요 없이 모드들 사이에서 앞뒤로 스위칭할 수 있다.
전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스는 상이한 방식들로 사용될 수 있다. 예를 들어, 프라이버시 디바이스는 디스플레이 디바이스의 뷰잉 표면에 적용될 수 있고, 내장형 변환 회로의 사용으로 범용 직렬 버스("USB") 어댑터에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스는 또한 디바이스의 제조 동안 디스플레이 디바이스 내에, 예를 들어 터치스크린과 같은 디스플레이 디바이스의 디스플레이 패널과 외부 뷰잉 표면 사이에 통합될 수 있다. 디스플레이 디바이스 내에 내장된 경우, 프라이버시 디바이스를 위한 전력은 배터리 또는 전기 콘센트로부터 인출될 수 있다. 그러한 디스플레이 디바이스는 내장형 공개 모드 및 프라이버시 모드를 가질 것이고, 소비자는 분리된 프라이버시 디바이스를 구매하고 설치할 필요가 없을 것이다.
제1 태양에서, 본 발명은 제1 투명 전극 층, 제1 투명 전기 전도성 층에 인접하게 배치된 전자적 스위칭가능 층, 및 전자적 스위칭가능 층에 인접하게 그리고 제1 투명 전기 전도성 층에 대향하게 배치되는 제2 투명 전극 층을 갖는, 전자적으로 스위칭가능한 프라이버시 디바이스를 제공한다. 제1 투명 전극 층은 가요성인 제1 투명 기판 층 및 제1 투명 기판 층의 주표면 상에 배치되는 제1 투명 전기 전도성 층을 포함한다. 제2 투명 전극 층은 미세구조 립(microstructured rib)들이 교호하는 일련의 립들과 채널들 - 각각의 채널은 인접 립들에 의해 한정되는 채널 벽들을 가짐 - 을 형성하도록 제2 투명 기판 층의 주표면을 가로질러서 연장되는 복수의 미세구조 립들을 갖는다. 투명 전극 재료를 갖는 복수의 투명 전극 부재들이 대응하는 복수의 채널들에서의 적어도 하나의 채널 벽 상에 배치된다. 버스 부재가 복수의 제2 투명 전극 부재들에 걸쳐서 전기 접속성을 제공한다. 전자적 스위칭가능 층 내에 배치되는 스페이서 요소가 제1 투명 전극 층을 제2 투명 전극 층으로부터 이격되게 유지시킨다.
전자적 스위칭가능 층의 일부분이 복수의 채널들을 적어도 부분적으로 충전하고, 복수의 투명 전극 부재들과 전기 접촉한다. 전자적 스위칭가능 층은 제1 투명 전극 층 및 제2 투명 전극 층에 걸친 직류 전압의 인가 시에 높은 광 흡수 상태와 낮은 광 흡수 상태 사이에서 조정이 가능한 전자적 스위칭가능 재료를 포함한다. 제1 직류 전압이 인가되는 경우, 필름은 프라이버시 모드에 있게 되어, 그것이 30°의 뷰잉 각도로 약 10% 미만의 광 투과율을 갖게 한다. 제2 직류 전압이 인가되는 경우, 필름은 공유 모드(share mode)에 있게 되어, 그것이 광 투과율에서의 증가를 갖고, 프라이버시 모드와 공유 모드 사이의 투과율에서의 차이가 약 30° 내지 약 45°의 뷰잉 각도에 대해 5% 이상이다. 필름은 0° 내지 약 15°의 뷰잉 각도로 공유 모드 및 프라이버시 모드에서 약 25% 이상의 광 투과율을 갖는다.
제2 태양에서, 본 발명은 제1 태양의 프라이버시 디바이스, 및 공개/공유 모드와 프라이버시 모드 사이에서 스위칭하기 위한 필수 전압을 공급하기 위한 회로를 포함하는 물품을 제공한다.
제3 태양에서, 본 발명은 디스플레이 픽셀 어레이; 디스플레이 픽셀 어레이에 인접하고, 디스플레이 픽셀 어레이에 대향하는 뷰잉 표면을 포함하는 디스플레이 커버 표면; 및 뷰잉 표면 상에 배치되는 제1 태양의 프라이버시 디바이스를 포함하는 디스플레이 디바이스를 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스가 제조될 수 있게 되는 예시적인 미세구조 투명 전극 필름의 개략적인 단면도 및 사시도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스가 제조될 수 있게 되는 예시적인 미세구조 투명 전극 필름의 다른 실시 형태의 개략적인 단면도 및 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 프라이버시 모드와 공유 모드 사이에서의 필름의 전자적 스위칭가능성을 나타내는 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스의 개략적인 단면도들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스가 제조될 수 있게 되는 예시적인 미세구조 캐소드 필름의 개략적인 단면도들을 도시한다. 필름을 통한 뷰잉 각도를 나타내는 선택된 기하학적 파라미터들이 도시된다.
도 6a 및 도 6b는 예시적인 전자 디스플레이 디바이스와 함께 사용되는 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스의 개략적인 도면들을 도시한다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 텍스트를 포함하는 명함 크기 자석의 전방에 사용되는 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스의 이미지들을 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 텍스트를 포함하는 페이지의 전방에 사용되는 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스의 이미지들을 도시한다.
도 9는 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스에 대한 뷰잉 각도의 연속 함수로서의 휘도를 도시한다.
도 10은 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스를 포함하는 전자 디스플레이 디바이스의 분해 등각도를 도시한다.
프라이버시 필름들은 공지되어 있으며, 대체로, 특히 누군가가 타인이 스크린의 콘텐츠를 보기 원하지 않는 경우, 전자 디스플레이 디바이스들과 함께 사용하기 위한 소모품 항목(aftermarket item)들로서 구매된다. 사용자는 그들의 디스플레이 디바이스의 뷰잉 표면에 프라이버시 필름을 물리적으로 적용하고, 뷰잉 표면 상에 디스플레이되고 있는 정보는 본 명세서에서 "뷰잉 각도"로 지칭되는 소정 범위의 각도 내에서만 보일 수 있다. 전형적으로, 뷰잉 각도는 프라이버시 필름에 대해 수직인 축을 중심으로 하는 소정 범위의 각도, 예를 들어 0° +/- 30°이다. 많은 유형의 프라이버시 필름들이 단일의 프라이버시 모드를 갖는 "정적" 프라이버시 필름들로서 특징지어질 수 있다. 뷰잉 표면이 정적 프라이버시 필름으로 커버되고, 사용자가 타인이 스크린의 콘텐츠를 보기 원하는 경우, 프라이버시 필름은 표면으로부터 물리적으로 제거되면서 그것이 손상되지 않는 위치에 저장될 필요가 있다.
한 가지 유형의 정적 프라이버시 필름은 중합체 기판 상에 배치되는 투명 루버(louver) 필름을 포함하는데, 이때, 교호하는 투명 영역과 광 흡수 영역이 형성되도록 루버들 사이에 형성된 채널들 내에 광 흡수 재료가 배치되어 있다. 투명 영역 및 광 흡수 영역은 제한된 뷰잉 각도를 제공하도록 상대적으로 배치된다. 이러한 유형의 예시적인 프라이버시 필름이 미국 특허 제6,398,370호(치우(Chiu) 등)에 기재되어 있다.
본 명세서에 개시된 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스는 정적 프라이버시 필름과 같은 통상의 프라이버시 필름과는 상이한데, 그 이유는 사용자가 그들의 디스플레이 디바이스의 뷰잉 표면으로부터 필름을 제거할 필요 없이 공유 모드와 프라이버시 모드 사이에서 스위칭할 수 있기 때문이다. 스위칭은 필름에 전기적으로 커플링된 외부 하드웨어 또는 소프트웨어 제어형 스위치를 통해 실행될 수 있다. 일부 실시 형태에서는, 일 극성의 전압이 디바이스에 인가되는 "온" 상태에서, 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스는 공유 모드에 있게 되고, 반대 극성의 전압을 인가함으로써 액세스되는 "오프" 상태에서, 프라이버시 디바이스는 프라이버시 모드에 있게 된다. 따라서, 사용자는 직류 전압의 특성을 변화시킴으로써 두 가지 모드들 사이에서 앞뒤로 스위칭할 수 있다. 전형적으로, 제1 직류 전압은 제2 직류 전압에 대해 부호가 반대이다(예컨대, 제1 직류 전압은 "포지티브"일 수 있고, 제2 직류 전압은 "네거티브"일 수 있다). 또한, 디바이스는, 전형적으로, 전압이 인가되는 않은 경우, 시간 경과에 따라 프라이버시 모드로 다시 되돌아간다.
도 1a는 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스가 제조될 수 있게 되는 예시적인 광학 필름(102)의 개략적인 단면도를 도시한다. 광학 필름(102)은 투명 전극 층이고, 이는 투명 기판 층(110), 및 투명 기판 층(110) 상에 배치되는 광학적으로 투명한 미세구조 층(120)을 포함한다. 투명 기판 층(110)은, 전형적으로, 상기 층의 무결성을 손상시키지 않으면서 2.5 cm 직경의 원통형 맨드릴(mandrel) 주위에 기판 층(110)을 감싸는 능력에 의해 한정되는 바와 같은 가요성 층이다. 광학적으로 투명한 미세구조 층(120)은 광학적으로 투명한 미세구조 층(120)의 표면(130)을 가로질러 연장되는 복수의 미세구조 립들(140)을 포함한다. 도 1b는 광학 필름(102)의 다른 도면을 도시하는데, 여기서 미세구조 립들(140)은 교호하는 일련의 립들(140)과 채널들(150)이 형성되도록 광학적으로 투명한 미세구조 층(120)의 주표면(130)을 가로질러 연장된다. 각각의 채널(150)은 인접 립들(예컨대, 141, 142)에 의해 한정되는 채널 벽들(예컨대, 151, 152)을 갖는다.
광학 필름(102)은 대응하는 복수의 채널들(150)에서의 적어도 하나의 채널 벽 상에 배치되는 투명 전극 재료를 포함하는 복수의 투명 전극 부재들(160)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 예를 들어 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시 형태에서, 투명 전극 재료는 대응하는 복수의 채널들에서의 채널 벽들 양쪽 모두에 배치된다.
도 2a는 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스가 제조될 수 있게 되는 예시적인 광학 필름(202)의 개략적인 단면도를 도시한다. 광학 필름(102)과 유사하게, 광학 필름(202)은 투명 전극 층이고, 이는 투명 기판 층(210), 및 투명 기판 층(210) 상에 배치되는 광학적으로 투명한 미세구조 층(220)을 포함한다. 투명 기판 층(210)은, 전형적으로, 상기 층을 파단시키거나 균열시키지 않은 채 2.5 cm 직경의 원통형 맨드릴 주위에 기판 층(210)을 감싸는 능력에 의해 한정되는 바와 같은 가요성 층이다. 광학적으로 투명한 미세구조 층(220)은 광학적으로 투명한 미세구조 층(220)의 표면(230)을 가로질러 연장되는 복수의 미세구조 립들(240)을 포함한다. 도 2b는 광학 필름(202)의 다른 도면을 도시하는데, 여기서 미세구조 립들(240)은 교호하는 일련의 립들(240)과 채널들(250)이 형성되도록 광학적으로 투명한 미세구조 층(220)의 주표면(230)을 가로질러 연장된다. 각각의 채널(250)은 인접 립들(예컨대, 241, 242)에 의해 한정되는 채널 벽들(예컨대, 251, 252)을 갖는다.
광학 필름(202)은 대응하는 복수의 채널들(250) 내에 배치되는 투명 전극 재료를 포함하는 복수의 투명 전극 부재들(260)을 포함한다. 투명 전극 부재들(260) 각각은 인접 립들 사이에 연장되는 투명 기판 층(210)의 일부분에 의해 한정되는, 양 채널 벽들(예컨대, 251, 252) 상에 그리고 채널 바닥부(예컨대, 265)를 가로질러 연속으로 배치되는 투명 전극 재료를 포함하는 일원적 구성(unitary construction)을 갖는다. 외부 측벽(270)이 이후(도 3에서)의 참조를 위해 포함된다.
도 2b에서는, 립들 및 채널들을 가로질러 배치된 "버스 부재"(또는 "버스 바")(290)가 광학 필름(202)의 에지를 따라서 도시되고, 중요하게는, 복수의 투명 전극 부재들(260)에 걸쳐서 전기 접속성을 제공하여, 복수의 투명 전극 부재들(260)이 광학 필름(202) 내의 단일 전극으로서 함께 기능할 수 있게 된다. 유사한 버스 바가 또한 도 1a 및 도 1b에 도시된 광학 필름(102)에 제공될 수 있다. 광학 필름(202)(또는 광학 필름(102))은 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스 내의 미세구조 투명 전극 층으로서 유용하다.
도 3은 광학 필름(202')(도 2a 및 도 2b에서의 202와 유사하지만, 도 2b에서의 270에 대응하는 측면(270')으로부터 보임)을 포함하는 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스(302)의 개략적인 측면도를 도시한다. 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스(302)는 또한 "제1" 투명 전극 층(301)을 포함하며, 이는 제1 투명 기판 층(310), 및 제1 투명 기판 층의 주표면 상에 배치되는 제1 투명 전기 전도성 층(320)을 포함한다. 제1 투명 전극 층(301)은 전형적으로 평면형이고, 가공된(engineered) 미세구조물을 포함하지 않으며, 또한 전형적으로 가요성이다. 제1 투명 전극은 전형적으로 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스 내의 애노드 전극으로서 기능할 수 있다. 전기 전도성 스트립(390)이 제1 투명 전극(301)의 에지를 따라서 배치되어 있는 것이 도시되어 있는데, 이는 이러한 전극에 대해 오믹 접촉이 이루어지는 것을 허용한다. 제1 전극 층(301)의 전기 전도성 층(320)은 광학 필름(202')에 대향하게 배치되는데, 이는 또한 "제2" 투명 전극 층으로 지칭된다.
도 4a 및 도 4b는 프라이버시 모드와 공유 모드 사이에서의 필름의 전자적 스위칭가능성을 나타내는 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스의 개략적인 단면도들을 도시한다. 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스(400)는 한 쌍의 상호 대향하는 투명 전극들(401 402), 및 전극들 사이에 배치되는 전자적 스위칭가능 재료(420)를 포함한다. 투명 전극(402)은 복수의 전극 부재들(260)을 포함하는 교호하는 일련의 립들(240)과 채널들(250)이 형성되도록 미세구조 층(220)의 표면(230)에 걸쳐서 연장되는 복수의 미세구조 립들(240)을 포함하는 광학적으로 투명한 미세구조 층(220)을 포함한다. 복수의 전극 부재들(260)은 버스 바(290)(도시되지 않음, 도 2b 참조)에 의해 전기적으로 접속된다. 전자적 스위칭가능 재료(421)는 채널들(250) 내에 배치되는 것으로 도시되고, 전자적 스위칭가능 재료(420)는 상호 대향하는 투명 전극들(401, 402) 사이의 층으로서 배치된다. 대향하는 투명 전극 층들(401, 402)이 서로 직접적으로 전기 접촉하게 되는 것 - 이는 바람직하지 못한 전기적 단락 회로 및 전자적 스위칭 특성들의 불량한 제어를 초래할 수 있음 - 을 방지하도록 스페이서 요소들(300)이 제공된다. 일부 실시 형태에서, 스페이서 요소들(300)은 전자적 스위칭가능 재료(420)의 층 내에 배치되는 비드(bead)들이지만, 스페이서 요소들의 다른 실시 형태가 또한 본 명세서에서 기술되는 바와 같이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 스페이서 요소들은 경성이어서, 대향하는 전극 층들(401, 402)이 서로 직접적으로 전기 접촉하게 되지 않는다는 것을 보장한다.
전자적 스위칭가능 재료들(420, 421)은 전형적으로 양쪽 모두가 동일한 전자적 스위칭가능 출발 재료의 것이지만, 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스(400) 내의 공액 중합체의 상이한 정도의 중합화로 인해 상이하게 거동할 수 있다. 구체적으로, 채널들(250) 내에 배치된 전자적 스위칭가능 재료(421)는 투명 전극들(401, 402)에 걸친 네거티브 또는 포지티브 전류의 인가 시에 낮은 광 투과율 상태와 높은 광 투과율 상태 사이에서 조정될 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시 형태의 경우, 전자적 스위칭가능 재료(421)는 제1 직류("DC") 전압이 인가될 때 더 낮은 투과율 상태(어두운 음영, 도 4a)에 있는 것으로 그리고 제2 DC 전압이 인가될 때 높은 투과율 상태(밝은 음영, 도 4b)에 있는 것으로 개략적으로 도시된다. 제1 및 제2 DC 전압들은 전기적 접지에 대한 것이다. 프라이버시 모드의 경우, 제1 DC 전압은 0 볼트, 또는 (-)1.5 볼트, (-)1 볼트, 또는 심지어 (-)0.5 볼트의 최소 네거티브 값을 갖는 네거티브 DC 전압, 또는 (-)2 볼트, (-)3 볼트, 또는 심지어 (-)4 볼트의 최대 네거티브 값을 갖는 네거티브 DC 전압일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 프라이버시 모드의 경우, 제1 DC 전압은 (-)0.5 볼트 내지 (-)4 볼트, 또는 (-)1 볼트 내지 (-)3 볼트, 또는 심지어 (-)1.5 볼트 내지 (-)2 볼트의 범위에 있는 값을 가질 수 있다. 공유 모드의 경우, 제2 포지티브 DC 전압이 인가되고, 제2 DC 전압은 (+)1.5 볼트, 또는 (+)1 볼트, 또는 심지어 (+)0.5 볼트의 최소 포지티브 값, 또는 (+)2 볼트, 또는 (+)3 볼트, 또는 심지어 (+)4 볼트의 최대 포지티브 값을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 공유 모드의 경우, 제2 DC 전압은 (+)0.5 볼트 내지 (+)4 볼트, 또는 (+)1 볼트 내지 (+)3 볼트, 또는 심지어 (+)1.5 볼트 내지 (+)2 볼트의 범위에 있는 값을 가질 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 제1 및 제2 DC 전압들은 각각 대략 (-)2 볼트 및 (+)2 볼트이다. DC 전압 전원(452)이 상기 DC 전압들을 제공하여, 극성이 (예컨대, 쌍극 쌍투 스위치(double pole double throw switch)(450)에 의해) 스위칭되어 투명 전극들(401, 402)에 걸친 제1 및 제2 DC 전압들의 인가를 달성할 수 있게 한다.
프라이버시 디바이스들의 광학 성능에 영향을 주는 기하학적 파라미터들이 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제8,133,572호(가이데스(Gaides) 등)에 기재되어 있다. 따라서, 프라이버시 디바이스 성능의 맥락에서 이들 파라미터들의 간단한 설명만이 제공된다. 본 명세서에 기술되는 기하학적 파라미터들은 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 도 5a는 투명 기판 층(532) 및 대향하는 "제1" 투명 전극 층(531)(투명 전극 층은 도시되지 않음) 상에 배치되는 광학적으로 투명한 미세구조 전극 층(533)을 포함하는 예시적인 프라이버시 디바이스(530)의 간략화된 개략적인 단면도를 도시한다. 광학적으로 투명한 미세구조 층(533)은 (예컨대, 또한 도 1b의 광학 필름(102)의 경우와 같이) 층의 표면을 가로질러 연장되는 복수의 미세구조 립들(534)을 포함한다. 채널들(535)이 인접 립들 사이에 형성되고, 투명 전극 재료(도시되지 않음) 및 전자적으로 스위칭가능한 광학적 흡수율을 허용하는 전기변색 재료(도시되지 않음)를 포함한다. 각각의 립/채널은 높이 H를 갖고, 각각의 립은 폭 W를 갖고, 피치 P는 립 폭 W와 채널 폭의 합에 의해 정의되는 바와 같은 채널들의 주기적 간격을 나타낸다. 채널들의 폭 Y는 P-W이다. 층(533)에 대한 립 종횡비는 H/W로서 정의되고, 채널 종횡비는 H/Y로서 정의된다. 광학적으로 투명한 미세구조 층(533)은 또한 층(533)의 두께가 H+L이 되도록 하는 높이 L을 갖는 랜드(536)를 포함한다. 채널들(535)이 상대적으로 높은 광학적 흡수율의 재료로 충전되는 것으로 상정하면, 이들 기하학적 파라미터들은 프라이버시 모드에서의 프라이버시 뷰잉 각도("θvp")를 결정한다.
채널들(535)이 상대적으로 낮은 광학적 흡수율의 재료로 충전되는 것으로 상정하면, 도 5b는 공유 모드에서의 확대된 공유 뷰잉 각도("θvs")를 도시한다. 이론상, 공유 뷰잉 각도는 180°로 확대되어야 하지만, 실제로, 공유 뷰잉 각도는 다수의 채널 벽들로부터 산란하는(bouncing off) 광선들에 의해 야기되는 것으로 생각되는 광학적 효과들 및 왜곡들에 의해 절충된다. 프라이버시 뷰잉 각도 θvp는 사실상 공유 뷰잉 각도 θvs보다 작아야 한다(예컨대, 적어도 20도가 더 작아야 한다).
광학적으로 투명한 미세구조 층의 파라미터들 H, W, P, Y, 및 L은 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스가 희망대로 기능할 수 있는 한 임의의 적합한 값들을 가질 수 있다. 대체로, 미세구조물의 치수들은 희망 뷰잉 각도가 프라이버시 모드에서 필름에 의해 제공되도록 선택된다. 동시에, 파라미터들은 적절한 양의 광이 필름을 통과해서 그리고 디바이스의 뷰잉 표면에 수직으로 자리한 뷰어를 향해서 이동할 수 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 프라이버시 모드에서 채널들 내부에 배치된 전기변색 재료의 고정 레벨의 광학적 흡수율이 주어지면, 더 큰 피치와 조합되는 더 작은 채널 깊이 및 폭은 증가된 축상 광 투과율로 이어질 수 있지만, 충분한 프라이버시를 위해 축외 광(light off-axis)을 충분히 흡수하지 않을 수 있다. 더 작은 피치와 조합되는 더 큰 채널 깊이 및 폭은 충분한 축외 프라이버시로 이어질 수 있지만, 또한 디바이스의 뷰잉 표면에 수직으로 자리한 뷰어를 위해 감소된 축상 광 투과율로도 이어질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 각각의 립은 약 10, 15, 20 또는 25 내지 약 150 마이크로미터의 높이 H 및 약 25 내지 약 50 마이크로미터의 폭 W를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 립 종횡비 H/W는 약 1.5 초과, 예를 들어 약 2.0 초과 또는 약 3.0 초과이다. 예를 들어, 각각의 립은 약 25 내지 약 150 um의 높이 H 및 약 25 내지 약 50 um의 폭 W를 가져서, 립 종횡비 H/W가 약 1.5 초과가 되게 할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 각각의 채널은 약 25 내지 약 150 마이크로미터의 높이 H 및 약 1 내지 약 50 마이크로미터의 폭 Y를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 채널 종횡비 H/Y는 3, 4, 또는 5 초과이다. 일부 실시 형태에서, 채널 종횡비는 적어도 약 6, 7, 8, 9 또는 10일 수 있다. 채널 종횡비는 전형적으로 50 이하이다. 채널 종횡비가 충분히 높고 채널들이 프라이버시 모드로 스위칭되는 전기변색 재료와 같은 광 흡수 재료를 포함하는 경우, 디바이스는 네거티브 DC 전압이 인가될 때 30°의 뷰잉 각도에서 낮은 투과율(예컨대, 약 10% 미만)을 나타낸다. 프라이버시 모드에서, 투과율은 전형적으로 뷰잉 각도가 30°로부터 90°로 증가함에 따라 감소한다. 그런 이유로, 프라이버시 디바이스가 30°의 뷰잉 각도에서 낮은 투과율(예컨대, 약 10% 미만)을 나타내는 경우, 필름은 또한 30° 초과의 뷰잉 각도에서 낮은 투과율을 나타낸다.
랜드(L)의 높이는, 전형적으로, 랜드가 다수의 립들을 기계적으로 지지할 수 있을 정도로 충분히 두껍지만 그것이 프라이버시 디바이스의 광학 성능과 간섭하지 않도록 충분히 얇은 경우에 최소화된다.
미세구조 립들은 서로 사실상 평행한 측부들 또는 채널 벽들을 가질 수 있거나, 또는 그들은 비스듬히 놓일 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 프라이버시 디바이스에서, 립들의 측부들은 서로 사실상 평행하다. 다른 실시 형태(도시되지 않음)에서, 각각의 미세구조 립들은 비스듬히 놓이는 벽들을 갖고, 각각의 벽은 벽 각도 θw를 갖는다. 벽 각도는 예를 들어 미국 특허 제8,133,572호(가이데스 등)에 기재된 바와 같이 뷰잉 각도를 변화시키는 데 이용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 벽 각도는 전형적으로 6° 이하이다.
광학적으로 투명한 미세구조 층은 대체로 소정 범위의 각도 및 파장들에 걸쳐서 희망하는 광 투과율을 갖는 광학적으로 투명한 층이다. 기판에 수직인 방향을 따라서 측정되는 경우, 광학적으로 투명한 미세구조 층은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 nm)의 적어도 일부분에 걸쳐서 약 80% 내지 약 100%의 광 투과율을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 광학적으로 투명한 미세구조 층은 약 0.1% 내지 약 5% 미만의 헤이즈(haze) 값을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 광학적으로 투명한 미세구조 층은 약 80% 내지 약 100%의 광 투과율 및 약 0.1% 내지 약 5% 미만의 헤이즈 값을 나타낸다.
일부 실시 형태에서, 광학적으로 투명한 미세구조 층은 약 1.48 내지 약 1.75, 또는 심지어 약 1.48 내지 1.51의 굴절률(나트륨 D 라인)을 갖는다.
기판 층(예컨대, 110 또는 210)은 그의 상부에 배치되는 미세복제된 특징부들에 대한 기계적 지지를 제공하는 지지 기판이다. 투명 기판은 예를 들어 중합체, 유리, 세라믹, 금속, 금속 산화물, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 유용한 재료를 포함할 수 있다. 특정 응용예에 따라, 기판 층은 경성, 반경성, 또는 가요성/순응성일 수 있다. 기판 층에 적합한 재료는 경성, 반경성, 또는 가요성 중합체 재료, 예컨대 열가소성 재료(예컨대, 폴리올레핀 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트)일 수 있다. 투명 기판으로서 사용될 수 있는 중합체들의 예들은 열가소성 중합체, 예컨대 폴리올레핀, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리(메틸메타크릴레이트), 비스페놀 A 폴리카르보네이트, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 셀룰로스 아세테이트, 및 폴리(비닐리덴 플루오라이드)를 포함한다. 이들 중합체들 중 일부는 또한 그들을 특정 디스플레이 응용들에 특히 매우 적합하게 만드는 광학적 특성들(예컨대, 투명도)을 갖는데, 여기서 그들은 폴리카르보네이트와 같은 패턴화된 전도체를 지지할 것이다. 특히 적합한 재료는 박층들로서 가요성이고 광학적으로 투명한 열가소성 재료를 포함한다. 가요성 기판이 사용될 때, 필름이 권취되고 롤로서 제공되어, 연속적인 롤-투-롤 공정(roll-to-roll process)을 이용한 제조를 가능하게 할 수 있다. 투명 기판은 약 5 마이크로미터 내지 약 1000 마이크로미터 범위의 임의의 유용한 두께를 가질 수 있다. 추가로, 기판은 중합가능 전구체 재료에 대한 접착을 촉진하도록 프라이밍 또는 처리(예컨대, 아크릴 프라이밍(acrylic priming), 플라즈마 및 코로나 처리)될 수 있다.
기판 층(예컨대, 110 또는 210)이 단일 층으로서 도시되어 있지만, 이러한 층은 많은 상이한 층들을 포함하는 단일화된 적층체일 수 있다. 상이한 층들은 눈부심 방지(anti-glare), 김서림 방지(anti-fog), 편광, 반사 방지, 반사, 및 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 광학적 향상 특성들을 제공할 수 있다.
광학적으로 투명한 미세구조 층(예컨대, 120 또는 220)은 광학적으로 투명한 층의 희망 특성들이 획득되는 한 임의의 재료를 포함할 수 있다. 전형적으로, 광학적으로 투명한 미세구조 층은, 대체로, 약 1,000 이하의 수 평균 분자량을 갖는 중합체(예컨대, 올리고머 및 거대단량체(macromonomer))를 포함하는 중합가능 조성물로부터 제조된다. 특히 적합한 중합체 또는 올리고머는 약 500 이하의 분자량을 갖고, 심지어 더 특히 적합한 중합가능 분자는 약 200 이하의 분자량을 갖는다. 상기 중합가능 조성물은, 전형적으로, 화학 방사선, 예컨대 가시광, 자외 방사선, 전자 빔 방사선, 열 및 이들의 조합들을 이용하여, 또는 다양한 통상의 음이온, 양이온, 자유 라디칼, 또는 광화학적으로 또는 열적으로 개시될 수 있는 다른 중합 기술들 중 임의의 것을 이용하여 경화될 수 있다.
유용한 중합가능 조성물은 당업계에 공지되어 있는 경화성 작용기, 예컨대 에폭사이드 기, 알릴옥시 기, (메트)아크릴레이트 기, (메트)아크릴아미드 기, 에폭사이드, 에피설파이드, 비닐, 하이드록실, 시아노에스테르, 아세톡시, 티올, 실란올, 카르복실산, 아미노, 페놀성 물질, 알데하이드, 알킬 할라이드, 신나메이트, 아지드, 아지리딘, 알켄, 카르바메이트, 이미드, 아미드, 알킨, 에틸렌계 불포화 기, 비닐 에테르 기, 및 이들의 임의의 유도체 및 임의의 화학적으로 상용성인 조합을 포함한다.
광학적으로 투명한 미세구조 층을 제조하는 데 사용되는 중합가능 조성물은 방사선 경화성 모이어티(moiety)에 대해 일작용성 또는 다작용성(예컨대, 이작용성, 삼작용성, 및 사작용성)일 수 있다. 적합한 일작용성 중합가능 전구체의 예는 스티렌, 알파-메틸스티렌, 치환된 스티렌, 비닐 에스테르, 비닐 에테르, N-비닐-2-피롤리돈, (메트)아크릴아미드, N-치환된 (메트)아크릴아미드, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 노닐페놀 에톡실레이트 (메트)아크릴레이트, 아이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 아이소노닐 (메트)아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 베타-카르복시에틸 (메트)아크릴레이트, 아이소부틸 (메트)아크릴레이트, 지환족 에폭사이드, 알파-에폭사이드, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴로니트릴, 말레산 무수물, 이타콘산, 아이소데실 (메트)아크릴레이트, 도데실 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 헥실 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산, N-비닐카프로락탐, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 하이드록실 작용성 카프로락톤 에스테르 (메트)아크릴레이트, 아이소옥틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소프로필 (메트)아크릴레이트, 하이드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 하이드록시아이소부틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로푸릴 (메트)아크릴레이트, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.
적합한 다작용성 중합가능 전구체의 예는 에틸 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 트라이에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이(메트)아크릴레이트, 에톡실화 트라이메틸올프로판프로판 트라이(메트)아크릴레이트, 글리세롤 트라이(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.
전술한 분자종들과 반응하는 것으로 본 기술 분야에 공지되어 있는 둘 이상의 작용기를 함유하는 가교결합제 분자와 같은 다른 분자종이 마찬가지로 망 형성에 관여할 수 있다. 중합가능 전구체 외에도, 가교결합된 매트릭스는 또한 하나 이상의 비경화성 재료, 예컨대 비경화성 폴리우레탄, 아크릴 재료, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드, 에폭시, 폴리스티렌(예컨대, 치환된 폴리스티렌 함유 재료), 실리콘 함유 재료, 플루오르화 재료, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
중합가능 조성물에 적합한 방사선 경화성 올리고머의 예는 예를 들어 미국 특허 제6,398,370호(치우(Chiu) 등), 미국 특허 출원 공개 제2010/0201242호(리우(Liu) 등), 미국 특허 제8,133,572호(가이데스 등), 및 미국 특허 제8,012,567호(가이데스 등)에 기재된 바와 같은, 우레탄 및 폴리에스테르 화학물질에 기초한 올리고머를 포함한다. 상업적으로 입수가능한 (메트)아크릴레이트화 우레탄 및 폴리에스테르의 예는 코그니스(Cognis)(미국 펜실베니아주 앰블러 소재)로부터 상표명 "포토머(PHOTOMER)"로 상업적으로 입수가능한 올리고머; 미국 조지아주 스미르나 소재의 유씨비 라드큐어 인크.(UCB Radcure Inc.)로부터 상표명 "에베크릴(EBECRYL)"로 상업적으로 입수가능한 올리고머; 및 미국 펜실베니아주 엑스톤 소재의 사토머 코포레이션(Sartomer Co.)로부터 상표명 "사토머 씨엔(SARTOMER CN)"으로 상업적으로 입수가능한 올리고머를 포함한다.
중합 반응은 대체로 3차원 "가교결합" 거대분자망의 형성을 이끌고, 또한 문헌[Shaw et al., "Negative photoresists for optical lithography"(IBM Journal of Research and Development (1997) 41, 81-94)]에 검토된 바와 같이 본 기술 분야에서 네거티브 톤 포토레지스트(negative-tone photoresists)로도 공지되어 있다. 망의 형성은 공유 결합, 이온 결합, 또는 수소 결합을 통해, 또는 사슬 얽힘(chain entanglement)과 같은 물리적 가교결합 메커니즘을 통해 발생할 수 있다. 반응은 또한 하나 이상의 중간종, 예컨대 자유 라디칼 생성 광개시제, 광감응제, 광산 생성제, 광염기 생성제, 또는 열산(thermal acid) 생성제를 통해 개시될 수 있다. 사용된 경화제의 유형은 사용된 중합가능 전구체에 따라 그리고 중합가능 전구체를 경화시키는 데 사용된 방사선의 파장에 따라 좌우된다. 적절한 상업적으로 입수가능한 자유 라디칼 생성 광개시제의 예는 벤조페논, 벤조인 에테르, 및 아실포스핀 광개시제, 예컨대 미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터 상표명 "이르가큐어(IRGACURE)" 및 "다로큐르(DAROCUR)"로 판매된 것들을 포함한다. 다른 예시적인 광개시제는 벤조페논, 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논(DMPAP), 2,2-다이메톡시아세토페논 (DMAP), 잔톤, 및 티오잔톤을 포함한다.
공개시제(co-initiator) 및 아민 상승제(amine synergist)가 또한 경화 속도를 개선하도록 포함될 수 있다. 가교결합 매트릭스 내의 경화제의 적합한 농도는 중합가능 전구체의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 10 중량%의 범위이며, 특히 적합한 농도는 약 1 중량% 내지 약 5 중량% 범위이다. 중합가능 전구체는 또한 선택적 첨가제, 예컨대 열 안정제, 자외선 광 안정제, 자유 라디칼 포착제(scavenger), 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 상업적으로 입수가능한 자외선 광 안정제의 예는 벤조페논-유형 자외선 흡수제를 포함하는데, 이는 미국 뉴저지주 파시파니 소재의 바스프 코포레이션.(BASF Corp.)으로부터 상표명 "유비놀(UVINOL) 400"; 미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이테크 인더스트리즈(Cytec Industries)로부터 상표명 "사이아소르브(CYASORB) UV-1164"; 그리고 미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼즈로부터 상표명 "티누빈(TINUVIN) 900", "티누빈 123", 및 "티누빈 1130"으로 입수가능하다. 중합가능 전구체에서 자외선 광 안정제의 적합한 농도의 예는 중합가능 전구체의 총 중량에 대하여 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 범위이며, 특히 적합한 총 농도는 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 범위이다.
적합한 자유 라디칼 포착제의 예는 장애 아민 광 안정제(hindered amine light stabilizer, HALS) 화합물, 하이드록실아민, 입체 장애 페놀, 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 상업적으로 입수가능한 HALS 화합물의 예는 미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼즈로부터의 상표명 "티누빈 292" 및 미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이테크 인더스트리즈로부터의 상표명 "사이아소르브 UV-24"를 포함한다. 중합가능 전구체에서 자유 라디칼 포착제의 적합한 농도의 예는 약 0.05 중량% 내지 약 0.25 중량%의 범위이다.
도 2a에 도시된 광학 필름은 예를 들어 미국 특허 제4,766,023호(루(Lu) 등)에 기재된 바와 같은 코팅 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 이러한 공정에서, 투명 기판 층은 예를 들어 미국 특허 제8,012,567호(가이데스 등)의 실시예 4에 기재된 아크릴 단량체 조성물로 코팅된다. 조성물은 도 1a 및 도 2a에 도시된 희망 미세구조 패턴(층(120, 220) 참조)과 반대인 미세구조 패턴으로 엠보싱된 원통형 구리 툴 롤(copper tool roll)에 대고 가압되는 동안에 고강도 UV 방사선으로 중합된다. 미세구조 층의 형태인 경화된 조성물은 툴로부터 이형된다. 이형은 낮은 표면 에너지 표면을 생성하는 구리 툴의 표면 상에 코팅된 이형제의 사용에 의해 가능해질 수 있다. 적합한 이형제는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 다른 세미플루오르화 코팅, 실리콘 코팅 등을 포함할 수 있다. 이형제는 금속 툴의 용액 또는 기상 처리에 의해 적용될 수 있다. 이형은 또한 예를 들어 미국 특허 제6,398,370호(치우(Chiu) 등)에 기재된 바와 같은 채널들의 적합한 설계에 의해 가능해질 수 있으며, 여기서 채널 벽들은 표면 법선에 대하여 몇 도가 비스듬하다.
경화된 중합체 층을 형성하는 데 사용되는 단량체들의 특정 조합은 층의 모듈러스가 툴로부터의 이형을 가능하게 할 정도로 충분히 낮지만 롤-투-롤 프로세싱 동안에 파손되지 않을 정도로 충분한 응집 강도를 갖도록 선택될 수 있다. 경화된 중합체 층이 너무 연성인 경우, 그것은 응집 파괴되겠지만, 그것이 너무 취성(brittle)인 경우, 그것은 파단되거나 또는 툴 외부로 당겨지지 않을 것이다. 단량체들의 조합은 경화된 중합체 층이 그것이 형성되게 되는 기판에 충분히 접착하도록 선택될 수 있다.
본 명세서에 개시된 프라이버시 필름에 대한 스위칭을 가능하게 하는 전자적 자극은 반대편 투명 전극들의 쌍에 기인한다. 투명 전극들은, 투명 전극들을 통해 물체를 볼 때, 물체의 왜곡이 거의 또는 전혀 관찰되지 않도록 또는 일부 수용가능 레벨의 왜곡이 관찰되도록 사실상 광학적으로 투명하다. 일부 실시 형태에서, 적합한 투명 전극이 헤이즈를 거의 또는 전혀 보이지 않는데, 이는 그것이 약 10% 이하, 약 5% 이하, 또는 약 2% 이하의 헤이즈 값을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 일부 실시 형태에서, 투명 기판은 가시광 스펙트럼(약 400 내지 약 700 nm)의 적어도 일부분에 걸쳐 약 80% 내지 약 100%의 높은 광 투과율을 갖는다.
고종횡비 미세구조 수지의 상부에 투명 전극을 형성하기 위해서는, 적합한 투명 전도성 재료가 요구된다. 투명 전도성 재료는 증착 방법과 같은 롤-투-롤 프로세싱을 이용한 연속 공정과 상용성일 코팅 방법을 통해 미세구조 수지 상에 침착될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 투명 전극은 용액 코팅 방법을 이용하여 코팅된다.
전도성 중합체들의 기상 코팅은 고종횡비 미세복제된 수지 상에 전도성 중합체를 정합적으로(conformally) 코팅하는 한 가지 방법이다. 물리적 증착 방법은 증기 또는 스퍼터링 방법을 포함하며, 투명 전도성 산화물들이 침착되는 방법이 본 기술 분야에 주지되어 있다. 물리적 증착 방법을 이용하면, 미세복제된 립 구조물로부터 기인하는 음영 효과로 인해 고종횡비 미세구조물 상에 연속 코팅을 산출하기가 어렵다. 전형적으로, 이들 방법은 채널의 상부에 재료의 빌드업(build-up)을 우선적으로 형성하는데, 이는 채널의 하부에서 재료의 침착을 차단할 수 있다. 채널의 하부에 수직으로 지향되는 종들만이 채널의 하부 상에 침착될 수 있고, 이러한 사건의 가능성은 구조물의 종횡비가 더 높아짐에 따라 감소한다. 포토리소그래피를 통해 패턴화된 고종횡비 구조물들 상에서의 스퍼터링된 인듐 주석 산화물의 사용의 일례가 국제특허출원(PCT) 공개 WO 2011/132992호(김(Kim) 등)에 기재된 것으로 알려져 있으며, 여기서 스퍼터링된 TIO 층은 무기 전기변색 시스템용 전극들로서 역할을 하였고, 그의 사용을 프라이버시 필터로서 설명했다. 증착의 다른 예에서, 미국 특허 제7,618,680호(글리슨(Gleason) 등)는 화학적 증착 기술을 통해 큰 표면적 기판 상에 대한 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)의 침착을 기재하고 있는 것으로 알려져 있으며, 여기서 기재된 기술은 아르곤 불활성 캐리어 가스를 통한 염화철(Fe(III)Cl3)과 같은 기화된 산화제종과의 조절된 혼합과 함께 증기 내로의 3,4-에틸렌다이옥시티오펜 단량체의 휘발을 요구했다.
용액-기반 코팅 방법의 경우, 용액은 또한 수지의 표면을 습윤시킬 수 있어야 하고, 건조 후 수지 상에 연속적인 투명 전도체 층을 남길 수 있어야 한다. 금속 나노와이어는 이들 실시 형태에서는 바람직하지 않을 수 있는데, 이는 고종횡비 나노와이어들이 미세구조 수지의 작은 크레비스(crevice) 내로 침투할 수 없기 때문이다. 게다가, 그들이 거의 수직인 채널 벽들 상에 전도성 망을 형성할 가능성은 작다. 바람직하게는, 그의 광학적 또는 전기적 전도성 특성 중 어느 것에서도 이방성을 나타내지 않는 균일한 전도성 중합체 분산이 이용된다. 바람직한 전도성 중합체는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)으로 공지되어 있고, 이후로 "PEDOT"로 지칭될 것이다. 다른 전도성 중합체와 유사하게, PEDOT는 그의 본래 상태에서 가용성이 아닌데, 이는 중합체 사슬의 골격을 따라서 전자 오비탈 중첩을 유지시키는 데 요구되는 그의 고도로 경성인 분자 구조 때문이다. 연구자들은 PEDOT에 대한 전하 밸런싱 도펀트로서의 수용성 다가음이온, 폴리(스티렌 설폰산)("PSS")과 PEDOT를 블렌딩함으로써 그것을 물 중에 분산시키는 방법을 발견했다. PEDOT:PSS의 수성 제형(보통, 수중에서 1 내지 2 중량% PEDOT:PSS)은 몇몇 회사, 예컨대 특히, 헤라우스 프레셔스 메탈스(Heraeus Precious Metals)(독일 레버쿠젠 소재, 상표명 "클레비오스(CLEVIOS) PH1000"), 및 아그파-게바트 엔브이(Agfa-Gevaert NV)(벨기에 모첼 소재, 상표명 "오르가콘(ORGACON)")로부터 입수가능하다. 코팅 및 건조 시, 이들 분산은 10 S/cm 내지 최대 1000 S/cm 범위의 전도성을 갖는 코팅을 제공할 수 있다. 더 두꺼운 코팅(수 마이크로미터의 것)은 더 얇은 코팅(1 마이크로미터 이하)보다 더 높은 전도성을 나타내는 것으로 공지되어 있다. 본 기술 분야에서는, 다이메틸 설폭사이드 또는 에틸렌 글리콜과 같은 도펀트들이 이들 제형에 첨가되어 그들의 전도성을 향상시킬 수 있는 것으로 공지되어 있지만, 이러한 현상을 지지하는 정확한 메커니즘은 확인되지 않았다.
전도성 중합체를 펜던트 측기(pendant side group)로 작용화하는 것과 같은, 유기 용매 중에의 전도성 중합체들의 분산 또는 가용화를 가능하게 하는 다른 방법들이 가능하다. 전도성 중합체들의 화학적 작용화를 기재한 많은 보고서들이 문헌들, 예를 들어 문헌[Amb et al., Adv. Mater. (2010, 22), 724]에서 입수가능하다. 전도성 중합체의 화학적 작용화는 재료들의 흡수 특성들에서의 변화를 가져오는 것으로 밝혀졌으며, 따라서 이것은 광학 재료들을 설계할 때 고려되어야 한다.
일단 전도성 중합체가 용해되거나 분산되면, 그것은 딥 코팅, 스핀 코팅, 닥터 블레이드 코팅, 잉크젯 프린팅, 플렉소그래픽 프린팅, 그라비어 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 브러시 코팅, 커튼 캐스킹, 드롭 캐스팅 등과 같은 통상의 방법을 통해 미세복제된 수지 기판 상에 침착될 수 있다.
전도성 중합체의 접착은 기판과 접합하는 화학적 프라이머들의 사용, 또는 반응성 플라즈마 또는 코로나를 이용한 기판 처리에 의해 향상될 수 있는데, 이는 수지 표면 상에 추가적인 화학적 작용기를 도입한다. 산소, 질소, 공기 또는 플루오로카본 기체와 같은 반응성 플라즈마 기체가 본 기술 분야에 공지되어 있고, 이용될 수 있다.
고종횡비 미세구조물 상에 용액 코팅 방법을 통해 침착될 수 있는 다른 가용성 전도체는 폴리(티오펜), 폴리(아닐린), 폴리(피롤), 폴리(푸란), 폴리(아세틸렌), 폴리(페닐렌), 폴리(페닐렌-비닐렌), 폴리(플루오렌), 폴리(아제핀), 폴리(p-페닐렌 설파이드), 폴리(나프탈렌), 폴리(아줄렌), 폴리(인돌), 폴리(카르바졸), 및 이들의 많은 유도체 또는 조합과 같은 전도성 중합체를 포함한다. 다른 전도성 재료가 또한 사용될 수 있는데, 이는 투명 전도성 산화물의 나노입자들을 포함하는 제형들을 포함한다. 투명 전도성 산화물들은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 도핑 아연 산화물, 및 불소 도핑 주석 산화물을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 은, 나노카본(예컨대, 탄소 나노튜브, 카본 블랙, 또는 그래핀), 또는 이들의 임의의 조합들의 콜로이드 분산물들이 또한 가능할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 전도성 층은 투명 기판의 미세구조 표면을 가로질러 일부 불연속적인 형태로 배치되어, 투명 전도성 영역들 및 투명 비전도성 영역들을 포함하는 패턴을 형성한다. 본 기술 분야에 공지되어 있는 패턴화 기술은 상기 패턴들, 예컨대 포토리소그래피, 마이크로콘택트 프린팅, 전자빔 리소그래피 등을 생성하는 데 이용될 수 있다. 이들 패턴화 기술은 반응성 이온 에칭과 같은 에칭 기술과 조합하여 노출된 전도성 재료를 제거하도록 하는 데 이용될 수 있거나 또는 이용되지 않을 수 있다. 바람직하게는, 플라즈마 에칭이 도 1a 및 도 2a에 도시된 채널들의 상부 및 하부 수평 표면 상에 형성된 투명 전도체를 제거하는 데 이용될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, PEDOT:PSS 분산은 미세복제된 구조물 상에 코팅되고, 모세관 작용을 통해 미세채널들 내로 흡상(wicking)하도록 허용된다. 이어서, 과잉 재료가 닥터 블레이드 또는 흡수성 클린룸 와이프를 통해 채널들의 상부로부터 제거된다. 건조 후, 바람직하게는 물의 비점을 초과하는 온도에서, 건조된 PEDOT:PSS 층이 도 2에 도시된 바와 같이 채널 벽 및 하부 표면 양측 모두를 포함한 미세채널 표면의 내부를 정합적으로 그리고 연속적으로 코팅하여 미세구조 전극 표면을 형성한다. 일부 실시 형태에서, 그렇게 형성된 미세구조 전극 표면은 스퀘어(square)당 50 내지 400 옴의 범위에 있는 시트 저항 값을 가질 수 있다. 시트 저항 값은 비접촉형의 디바이스, 예를 들어 상표명 "707 벤치-탑 모니터(707 BENCH-TOP MONITOR)"로 델콤 인스트루먼츠, 인크.(Delcom Instruments, Inc.)(미국 미네소타주 미네아폴리스 소재)로부터 입수가능한 컨덕턴스 모니터로 측정될 수 있다.
전기변색 디바이스를 제조하는 전통적인 방법은 가용성 전기활성 단량체를 또한 포함하는 전해조 내부의 대향 전극들에 에너지를 공급하는 것을 수반한다. 전기활성 단량체는 연속 층을 형성하기 위해 전극 표면 상에서 전기화학적으로 중합한다. 그 후, 전해조는 폐기되어야 한다. 전기변색 셀을 제조하는 다른 방법이 미국 특허 출원 공개 US2011/0233532호(소트징(Sotzing) 등)에 교시되어 있다. 이러한 방법은 전기변색 중합체 종 및 방사선 경화성 전해질 조성물의 반상호침입망(semi-interpenetrating network)의 형성을 수반한다. 전기변색 침착의 이러한 인시츄(in-situ) 방법은 전해질의 제거를 수반하지 않는데, 그 이유는 전해질이 일단 가교결합되면 디바이스 구성의 통합 부분이 되기 때문이다. 가교결합된 전해질을 통해 두 개의 대향 전극들 사이에서 연속으로 전하가 유동하여 전기활성 단량체를 전기화학적으로 중합하여 전기변색 중합체를 형성할 수 있다. 충분한 전압의 인가는 작동 전극의 표면을 향한 전기활성 단량체의 확산 이동을 야기하여, 겔 전해질 및 공액 전기변색 중합체를 포함하는 복합 구조물을 형성한다. PEDOT의 경우, 작동 전극은 캐소드이고, 따라서 전술한 광학적 효과의 전체 이점을 취하기 위해 포지티브 전압이 미세구조 수지 상에 형성된 투명 전극 상에 인가된다. 일단 형성되면, 이들 전기변색 셀은 반대 극성의 전하가 놀라울 정도로 높은 명소시 콘트라스트(photopic contrast)를 갖는 색-스위칭을 야기할 수 있다는 점에서 다른 전기변색 시스템과 유사하게 기능한다. 평면 전극들을 사용하는 유사한 전기변색 셀 생성 방법을 이용하면, 문헌[Ding et. al (J. Mater. Chem., 2011, 21, 11873)]에서의 저자는 ~45%의 명소시 콘트라스트를 기재하는데, 이는 전술한 전통적인 방법(전해조를 사용함)을 통해 제조된 디바이스들의 명소시 콘트라스트와 유사하다.
이러한 방법에서의 사용에 있어서 전기활성 조성물은 전기변색 솔리드 스테이트 디바이스(solid-state device)의 분야에 공지되어 있는 것들과 유사한 성분들을 함유한다. 바람직한 실시 형태에서, 전기활성 조성물은 중합가능 전구체 재료, 이온염 화합물, 가소성 용매, 전기활성 단량체, 및 경성 스페이서 요소를 포함한다. 당업자는 이들 성분들의 가변량 및 유형이 상이한 디바이스 성능을 생성할 것이라는 것을 이해할 것이며, 이들은 본 명세서에서 간략히 논의될 것이다. 이들 성분들은 그들의 조합이 상당한 상분리를 야기하지 않도록 서로 상용성이어야 한다. 당업자는 자기 교반, 초음파 처리, 또는 기계적 방법과 같은 다양한 형태의 혼합이 이러한 혼합물을 균질하게 분포된 상태로 유지하는 데 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 이러한 전기활성 조성물은 전술한 미세구조 투명 전극 위로 확산되어, 조성물이 미세구조물을 완전히 충전하고 투명 전극과 밀접하게 접촉하도록 할 것이다. 따라서, 전기활성 조성물에서의 성분은 제2 투명 전극 및 미세구조 수지 성분에 부착되어야 하지만, 그들의 정상 기능에 사실상 영향을 주어서는 안 된다.
겔 전해질에 대한 중합가능 전구체는, 대체로, 약 1,000 이하의 수 평균 분자량을 갖는 중합체(예컨대, 올리고머 및 거대단량체)를 포함하는 중합가능 조성물로부터 제조된다. 특히 적합한 예비중합체 또는 올리고머는 약 500 이하의 수 평균 분자량을 갖고, 심지어 더 특히 적합한 중합가능 예비중합체 또는 올리고머는 약 200 이하의 분자량을 갖는다. 상기 중합가능 조성물은, 전형적으로, 화학 방사선, 예컨대 가시광, 자외 방사선, 전자 빔 방사선, 열 및 이들의 조합들을 이용하여, 또는 다양한 통상의 음이온, 양이온, 자유 라디칼, 또는 광화학적으로 또는 열적으로 개시될 수 있는 다른 중합 기술들 중 임의의 것을 이용하여 경화될 수 있다.
겔 전해질 내의 유용한 중합가능 조성물은 당업계에 공지되어 있는 경화성 작용기, 예컨대 에폭사이드 기, 알릴옥시 기, (메트)아크릴레이트 기, (메트)아크릴아미드 기, 에피설파이드, 비닐, 하이드록실, 시아노에스테르, 아세톡시, 티올, 실란올, 카르복실산, 아미노, 페놀성 물질, 알데하이드, 알킬 할라이드, 신나메이트, 아지드, 아지리딘, 알켄, 카르바메이트, 이미드, 아미드, 알킨, 에틸렌계 불포화 기, 비닐 에테르 기, 및 이들의 임의의 유도체 및 임의의 조합을 포함할 수 있다. 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(비닐 부티랄), 폴리(아크릴산), 폴리(비닐 알코올), 및 기타와 같은 중합체가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 중합가능 전구체는 전해질의 전술한 이온염 성분과 착물을 형성하는 것으로 공지된 작용기를 함유한다. 예시적인 중합체는 폴리(에테르) 변형물, 예컨대 에틸렌옥시 프로필렌옥시, 및 부틸렌옥시 반복 유닛을 포함하는 폴리(알킬렌 에테르) 폴리(알킬렌 글리콜)을 포함한다. 바람직한 구체적인 중합체는 폴리(에틸렌 글리콜) 다이아크릴레이트, 폴리(프로필렌 글리콜) 다이아크릴레이트, 폴리(부틸렌 글리콜) 다이아크릴레이트, 및 이들의 조합이다. 가교결합성 중합체는 또한 랜덤형, 별형, 또는 블록형 공중합체일 수 있다.
겔 전해질 내의 중합가능 전구체는 상이한 작용기, 예컨대 일작용성, 이작용성, 삼작용성, 사작용성, 및 오작용성 작용기를 갖는 중합가능 분자를 갖는다. 겔 전해질은 또한 망으로 가교결합할 수 있는 단량체 성분을 가질 수 있거나 또는 갖지 않을 수 있다. 일 실시 형태에서, 겔 전해질의 총 중량의 1 중량% 내지 10 중량%가 단량체 성분이다. 다른 실시 형태에서, 단량체 성분의 2.5 중량% 내지 7.5 중량%가 사용된다. 바람직한 실시 형태에서, 에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트가 겔의 단량체 성분으로서 사용된다. 일부 실시 형태에서, 소량의 EGDA(예컨대, 겔 전해질의 총 중량에 대해 5 중량%)를 첨가하는 것이 태블릿 크기의 프로토타입 디바이스를 제조하는 데 유용한 것으로 밝혀졌다. 소형(예컨대, 명함) 크기 디바이스를 제조하는 경우, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 바와 같이, EGDA 가교결합제 없이 디바이스를 제조하는 것이 가능했다.
가교결합성 중합체는 또한, 이들 성분이 재료의 바람직한 특성에 악영향을 주지 않는 한, 가교결합 반응에 참여하지 않는 희석제 중합체를 가질 수 있다. 상기 특성은 예를 들어 겔 전해질의 이온 전도성, 전기변색 응답의 스위칭 속도, 전기변색 응답의 컬러 콘트라스트, 기판으로의 겔 전해질 접착, 또는 디바이스의 가요성을 포함할 수 있다. 예시적인 희석제 중합체는 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(비닐 알코올), 폴리(아크릴산), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 가교결합성 중합체는 희석제 중합체를 포함하지 않을 수 있다.
겔 전해질에 대한 중합가능 전구체는 또한 선택적 첨가제, 예컨대 열 안정제, 자외선 광 안정제, 자유 라디칼 포착제, 및 이들의 조합을 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 적합한 상업적으로 입수가능한 자외선 광 안정제의 예는 벤조페논-유형 자외선 흡수제를 포함하는데, 이는 미국 뉴저지주 파시파니 소재의 바스프 코포레이션.(BASF Corp.)으로부터 상표명 "유니놀 400"; 미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이테크 인더스트리즈로부터 상표명 "사이아소르브 UV-1164"; 그리고 미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼즈로부터 상표명 "티누빈 900", "티누빈 123", 및 "티누빈 1130"으로 입수가능하다. 중합가능 전구체에서 자외선 광 안정제의 적합한 농도의 예는 중합가능 전구체의 총 중량에 대하여 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%의 범위이며, 특히 적합한 총 농도는 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 범위이다.
적합한 자유 라디칼 포착제의 예는 장애 아민 광 안정제(HALS) 화합물, 하이드록실아민, 입체 장애 페놀, 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 상업적으로 입수가능한 HALS 화합물의 예는 미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼즈로부터의 상표명 "티누빈 292" 및 미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이테크 인더스트리즈로부터의 상표명 "사이아소르브 UV-24"를 포함한다. 중합가능 전구체에서 자유 라디칼 포착제의 적합한 농도의 예는 전구체 용액의 약 0.05 중량% 내지 약 0.25 중량%의 범위이다.
전기활성 조성물은 또한 그 내부에 함유된 겔 조성물의 이온 전도성을 향상시키도록 용매 또는 가소제를 포함할 수 있다. 이러한 가소제는 미세복제된 수지 기판의 구조물 또는 상기 기판의 상부에 배치되는 투명 전극을 팽윤시키거나 용해하거나 또는 다른 방식으로 손상시켜서는 안 된다. 이들은 다이메틸포름아미드(DMF) 또는 트리글라임과 같은 고비점의 유기 액체일 수 있다. 특히, 용매는 카르보네이트, 예를 들어 알킬렌 및 알킬린 카르보네이트, 예컨대 다이메틸 카르보네이트, 에틸메틸 카르보네이트, 메틸프로필 카르보네이트, 메틸부틸 카르보네이트, 메틸펜틸 카르보네이트, 다이에틸카르보네이트, 에틸프로필 카르보네이트, 에틸부틸 카르보네이트, 다이프로필 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 및 이들의 조합일 수 있다. 겔 전해질 전구체 혼합물에 첨가되는 용매 및/또는 가소제의 양은 겔 전구체 혼합물의 약 0 중량% 내지 약 50 중량%, 구체적으로 겔 전해질 전구체 혼합물의 약 10 중량% 내지 약 40 중량%, 및 더 구체적으로 약 20 중량% 내지 30 중량%의 범위일 수 있다.
전해질 조성물은 Li, Na, 또는 K의 알칼리 금속 이온을 포함할 수 있다. 예시적인 전해질은 MClO4, MPF6, MBF4, MAsF6, MSbF6, MCF3SO3, MCF3CO2, M2C2F4(SO3)2, MN(CF3SO2)2, MN(C2F5SO2)2, MC(CF3SO2)3, MN(RfOSO2)2 (여기서 Rf는 플루오로알킬 기임), MOH, 또는 전술한 전해질들의 조합을 포함할 수 있다(M은 알칼리 금속 이온을 나타냄). 특히, 전해질 조성물은 리튬염을 포함한다. 더 특히, 리튬염은 리튬 트라이플루오로메탄설포네이트(리튬 트라이플레이트)이다. 다른 적합한 염은 테트라-n-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TBABF4); 테트라-n-부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(TBAPF6); 및 이들의 조합을 포함한다. 겔 전해질이 사용되는 경우, 전해질염의 농도는 겔 전해질 전구체의 약 0.01 중량% 내지 약 30 중량%, 구체적으로 약 5 중량% 내지 약 20 중량%, 및 더 구체적으로 겔 전해질 전구체의 약 10 중량% 내지 약 15중량%일 수 있다.
전해질 조성물은 광화학적 또는 열적 방법을 통해 경화될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 전해질 조성물은 광개시제를 사용하여 화학 조사선을 통해 경화된다. 예시적인 광개시제는 벤조페논, 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논(DMPAP), 다이메톡시아세토페논, 잔톤, 및 티오잔톤을 포함한다. 바람직한 일 실시 형태에서, 개시제는 2,2-다이메톡시-2-페닐-아세토페논(DMPAP)을 포함하고, 조사는 365 nm 조사선을 사용하여 수행된다. 가교결합은 또한 열을 이용하여 수행될 수 있다. 열 개시제를 사용하는 경우, 40℃ 내지 70℃ 의 가열 온도가 사용될 수 있다. 예시적인 열 개시제는 과산화물 개시제, 예컨대 벤조일 퍼옥사이드 또는 다이쿠밀 퍼옥사이드를 포함한다. 대안적으로, 아조비스아이소부티로니트릴(AIBN) 및 그의 유도체가 열 개시제로서 사용될 수 있다. 광 및 열 개시제의 조합을 사용하는 경우, 열적 및 화학적 방사선 공급원이 또한 조합하여 사용될 수 있다.
다른 예시적인 겔 중합체 전해질은 미국 특허 제7,586,663호(라드마르드(Radmard) 등) 및 미국 특허 제7,626,748호(라드마르드 등)와, 문헌[Abbrent et al., "Gel electrolytes prepared from oligo(ethylene glycol) dimethacrylate: glass transition, conductivity and Li+ coordination," Electrochimica Acta, Vol. 43, (1998) Nos. 10-11, pp. 1185-1191.]에 기재된 것들을 포함한다.
전술한 바와 같이, 전기활성 단량체는 또한 전기활성 조성물의 성분이다. 이러한 재료는 이상적으로는 균질한 용액을 생성하기 위해 중합가능 전구체 제형에서 용해가능해야 한다. 바람직한 실시 형태에서, 전기활성 단량체는 유기 분자인데, 이는 공액 중합체 내에 전기화학적으로 중합될 수 있다. "공액"은 중합체가 비편재화 전자를 갖는 중첩된 시리즈의 p-오비탈들을 형성하는 교호하는 시리즈의 이중 및 단일 결합들을 포함한다는 것을 의미한다. 이들 전자는 단일 결합 또는 원자로 국한되는 것이 아니고, 대신에 그들은 일군의 원자 상에서 자유롭게 이동할 수 있다. 이와 같이, 이들 시스템들은 금속의 전자적 거동과 유사하면서 주지되어 있는 전자 전도 이론에 따른 전자적 거동을 보인다. 전자에 대한 최고 점유 분자 오비탈(가전자대)과 전자에 대한 최저 비점유 분자 오비탈(전도대) 사이의 에너지 차이는 이들 재료에 대한 광학적 밴드갭(Eg)을 규정한다. 이러한 밴드갭의 크기에 따라, 전기변색 재료들의 흡수 특성은 사실상 변화할 수 있다. 캐소드 착색 재료는 중성 상태에서 2.0 eV 이하인 밴드갭을 갖는다. 캐소드 착색 재료는 산화(p-도핑) 시에 색을 변화시킨다. 가시적 컬러 변화는 중성 상태에서 착색되는 것으로부터 산화 상태에서 무색으로 될 수 있거나, 또는 중성 상태에서 한 가지 색으로부터 산화 상태에서 다른 상이한 색으로 될 수 있다. 여기서, "착색된"은, 재료가, 재료에 의한 반사 또는 투과된 가시광이 시각적으로 육안에 의해 소정의 색(적색, 녹색, 청색, 또는 이들의 조합)으로 검출되기에 충분한 양으로 가시 영역(400 nm 내지 700 nm)에 있는 하나 이상의 방사선 파장을 흡수하는 것을 의미한다. 캐소드 착색 재료는 3,4-알킬렌다이옥시헤테로사이클, 예컨대 알킬렌다이옥시피롤, 알킬렌다이옥시티오펜 또는 알킬렌다이옥시푸란으로부터 유도된 중합체를 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 이들은 가교-알킬 치환된 3,4-알킬렌다이옥시티오펜, 예컨대 3,4-(2,2-다이메틸프로필렌)다이옥시티오펜 (ProDOT-(Me)2), 3,4-(2,2-다이헥실프로필렌) 다이옥시티오펜 (ProDOT-(헥실)2), 또는 3,4-(2,2-비스(2-에틸헥실)프로필렌)다이옥시티오펜 (ProDOT-(에틸헥실)2)을 포함하는 3,4-알킬렌다이옥시헤테로사이클로부터 유도된 중합체를 추가로 포함한다.
애노드 착색 재료는 그의 중성 상태에서 3.0 eV 초과의 밴드갭을 갖는다. 애노드 착색 재료는 환원(n-도핑) 시에 색을 변화시킨다. 재료는 중성 상태에서 착색되고 환원 상태에서 무색일 수 있거나, 또는 중성 상태에서 한 가지 색을 갖고 환원 상태에서 상이한 색을 가질 수 있다. 애노드 착색 재료는 또한 3,4-알킬렌다이옥시헤테로사이클 또는 알킬렌다이옥시헤테로사이클, 예컨대 알킬렌다이옥시피롤, 알킬렌다이옥시티오펜 또는 알킬렌다이옥시푸란으로부터 유도된 중합체를 포함할 수 있다. 애노드 착색 중합체를 제조하기 위한 예시적인 3,4-알킬렌다이옥시헤테로사이클 단량체는 N-알킬 치환된 3,4-알킬렌다이옥시피롤, 예컨대 N-프로필-3,4-프로필렌다이옥시피롤(N-Pr Pro- DOP), N-글리-3,4-프로필렌다이옥시피롤(N-Gly ProDOP)을 포함하며, 여기서 N-글리는 피롤 기의 글리신아미드 부가물, 또는 N-프로판 설폰화 ProDOP(ProDOP-NPrS)를 나타낸다. 중간 밴드갭(2<Eg<3)을 갖는 중합체는 산화 및 환원 시에 가시 방사선의 파장 내에 있는 상이한 색들 사이에서 전환될 수 있다.
경화성 겔 전해질 내로의 통합을 위해 선택된 전기활성 단량체는 하나 이상의 캐소드 착색 재료, 하나 이상의 애노드 착색 재료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전형적으로, 조성물의 0.1 중량% 내지 50 중량%는 전기활성 단량체를 포함한다. 전형적으로, 전기활성 조성물 내의 더 높은 농도의 전기활성 단량체는 전환 시스템의 더 높은 명소시 콘트라스트를 이끈다.
유기 전기활성 단량체의 다른 예는 중합 시에 전기활성을 나타내는 것으로 본 분야에 공지된 것들이며, 표면-결합 비올로겐 염료, 페노티아진, 다이아릴에텐, 및 전도성 중합체, 예컨대 티오펜, 3,4-에틸렌다이옥시티오펜, 아닐린, 피롤, 푸란, 플루오렌, 피렌, 아줄렌, 인돌, 카르바졸, 아세틸렌, 페닐렌, 페닐렌 비닐렌, p-페닐렌 설파이드, 아제핀, 나프탈렌, 바이페닐, 터페닐 및 이들의 많은 치환된 유도체 또는 조합을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는다. 바람직한 실시 형태에서, 3,4-에틸렌다이옥시티오펜(EDOT)이 사용되는데, 이는 그것이 중합될 때 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)을 생성한다.
특정 광 파장에 또한 반응하는 전기변색 시스템이 또한 공지되어 있는데, 이러한 물질은, 예컨대 미국 특허 출원 제2010/0315693호(램(Lam) 등)에서와 같이, 투명 상태와 UV 방사선에 대한 노출 시의 고도 착색 상태 사이에서 전환할 수 있고, 이어서 전계의 인가에 의해 투명 상태로 역 전환될 수 있다. 다른 적합한 전기변색 시스템은 미국 특허 출원 공개 제2011/0233532호(소트징 등)에 기재되어 있다.
전기활성 단량체 조성물에는 분산된 경성 스페이서 요소가 포함된다. 스페이서 요소의 역할은 두 개의 전극 표면이 서로 접촉하는 것을 방지하는 것으로, 이러한 접촉은 전기 단락 회로를 형성할 것이다. 경성 스페이서 요소는 가요성 기판이 사용되는 경우에 특히 유용한데, 그렇지 않은 경우에는 제1 대향 전극과 제2 대향 전극 사이의 균일한 분리를 유지할 수 없다. 스페이서 요소는 전체 디바이스 활성 영역에 걸쳐서 디바이스의 단락을 방지하기 위해 직경이 충분히 클 필요가 있다. 이러한 이유로, 스페이서는 전해질 제형 내로 장입되고, 전기활성 조성물의 적층 동안에 디바이스 활성 영역에 걸쳐서 균일하게 확산된다. 바람직한 실시 형태에서, 스페이서 요소는 구형 비드(예컨대, 일본 도쿄 소재의 세키스이 플라스틱스 코포레이션(Sekisui Plastics Co.)으로부터 입수가능한 "마이크로펄(MICROPEARL)" 50 마이크로미터 직경 PMMA 비드)를 포함하지만, 다른 기하학적 및 광학적으로 투명한 중합체 또는 세라믹, 예컨대 실리카 또는 알루미나를 역시 포함할 수 있다. 비드는 채널 폭보다 직경이 더 커서, 비드가 채널의 상부에 안착할 수 있어야 한다. 바람직하게는, 스페이서 요소는 광학적으로 투명하다. 비드의 농도는 전해질/EDOT 제형 내의 총 고체에 대해 최소 1 중량% 내지 최대 10 중량%, 및 바람직하게는 전해질/EDOT 제형 내의 고체에 대해 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 비드는 디바이스의 활성 영역을 프레이밍하면서(frame) 또한 에지에서 대향 전극들을 분리시키는 스페이서 "창(window)"과 조합하여 사용될 수 있다. 임의의 불활성 플라스틱이 이러한 목적을 위해 사용될 수 있는데, 이는 적절한 기판 재료로서 열거된 것들을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 5-밀 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 직사각형 프레임이 절단되고 미세구조 전극에 접착되어 디바이스를 프레이밍한다.
제1 투명 전기 전도성 층은 전도성 금속 산화물, 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 도핑 아연 산화물, 불소 도핑 주석 산화물, 전도성 중합체(예컨대, 폴리아닐린 또는 폴리(에틸렌다이옥시티오펜)/ 폴리스티렌설포네이트), 나노카본(예컨대, 카본 나노튜브 또는 그래핀), 인쇄형 또는 자가 조립형 금속 그리드, 금속 나노와이어, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 바람직하게는, PET 필름 기판 상에 스퍼터링 코팅된 인듐 주석 산화물이 사용되며, 이들은 상표명 "PF-85IN-1502"로 미국 콜로라도주 러브랜드 소재의 델타 테크놀로지즈(Delta Technologies)로부터 상업적으로 입수가능하다. 전도성 층의 두께는 약 500 nm 미만, 바람직하게는 200 nm 미만일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 전도성 층은 투명 기판의 표면을 가로질러 일부 불연속적인 형태로 배치되어, 투명 전도성 영역들 및 투명 비전도성 영역들을 포함하는 패턴을 형성한다. 표면 전도성은 50 내지 300 Ω/스퀘어의 시트 저항을 보일 수 있지만, 바람직하게는 50 내지 150 Ω/스퀘어일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 제1 투명 전극의 제1 투명 전기 전도성 층은 투명 기판 상에 배치된 금속 나노와이어를 포함하고, 중합체 오버코트 층이 투명 기판의 반대쪽에 있는 금속 나노와이어 상에 배치된다. 그러한 투명 전극은 2011년 4월 15일자로 출원된 국제특허출원(PCT) 공개 WO 2012/145157호(페렐리트(Pellerite) 등)에 기재되어 있다. 예를 들어, 투명 전극은 은을 산화물로부터 보호하도록 그리고 전해질/EDOT 제형의 접착을 향상시키도록 중합체 층으로 오버코트된 50 내지 150 Ω/스퀘어의 시트 저항을 보이는 은 나노와이어 층을 포함할 수 있다. 추가로, 은 나노와이어 기반 투명 전극은 다른 전도성 재료에 비해 더 낮은 시트 저항에서 높은 투과율 레벨을 제공할 수 있다. 국제특허출원(PCT) 공개 WO 2012/145157호에 기재된 바와 같이, 중합체 오버코트 층은 안티몬 주석 산화물, 아연 산화물, 및 인듐 주석 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 나노입자를 포함할 수 있고; 전도성 층 없이 투명 기판 상에 배치된 중합체 오버코트 층의 시트 저항은 약 107 Ω/sq 초과이다. 본 발명의 스위칭가능 프라이버시 디바이스에서의 사용의 경우, 은 나노와이어 전도성 층에 적용되는 보호용 중합체 오버코트 층의 두께는 전극과 전기변색 활성 층 사이의 필수적인 전류 유동을 허용하도록 조절되어야 할 수 있다.
기판 층(도 3의 310 참조)은 기계적 지지를 제공하는 지지 기판이다. 기판은 예를 들어 중합체, 유리, 세라믹, 금속, 금속 산화물, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 유용한 재료를 포함할 수 있다. 특정 응용예에 따라, 기판 층은 경성, 반경성, 또는 가요성/순응성일 수 있다. 기판 층에 적합한 재료는 경성, 반경성, 또는 가요성 중합체 재료, 예컨대 열가소성 재료(예컨대, 폴리올레핀 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트)일 수 있다. 투명 기판으로서 사용될 수 있는 중합체들의 예는 열가소성 중합체들, 예컨대 폴리올레핀, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리(메틸메타크릴레이트), 비스페놀 A 폴리카르보네이트, 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 셀룰로스 아세테이트, 및 폴리(비닐리덴 플루오라이드)를 포함한다. 이들 중합체 중 일부는 또한 이들이 특정 디스플레이 응용 - 여기서, 이들은 패턴화된 도전체를 지지할 것임 - 에 특히 충분히 적합하게 하는 광학적 특성(예를 들어, 투명성)을 갖는데, 이는 예컨대 폴리카르보네이트이며, 특히 적합한 재료는 박층으로서 광학적으로 투명하고 가요성인 열가소성 재료를 포함한다. 가요성은 층의 무결성을 손상시키지 않은 채 직경이 2.5 cm인 원통형 맨드릴을 감싸는 능력에 의해 정의된다. 가요성 기판이 사용되는 경우, 필름은 권취되고 롤로서 제공되어, 연속적 롤-투-롤 공정을 이용한 제조를 가능하게 할 수 있다. 투명 기판은 약 5 마이크로미터 내지 약 1000 마이크로미터 범위의 임의의 유용한 두께를 가질 수 있다. 추가로, 기판은 중합가능 전구체 재료에 대한 접착을 촉진하도록 프라이밍 또는 처리(예컨대, 아크릴 프라이밍, 플라즈마 및 코로나 처리)될 수 있다.
기판 층(예컨대, 도 3의 310)이 단일 층으로서 도시되어 있지만, 이러한 층은 많은 상이한 층들을 포함하는 단일화된 적층체일 수 있다. 상이한 층들은 눈부심 방지, 김서림 방지, 편광, 불투명, 반사 방지, 반사, 및 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 광학적 향상 특성들을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전기활성 조성물은 제2(미세구조) 전극의 상부 위에 확산되고, 이어서 제1(평면) 전극에 맞대어 적층된다. 양쪽 전극 모두는 전기 활성 표면들이 서로 대면하고 있도록 배치된다. 전기활성 액체 조성물은 모세관 작용을 통해 간단히 미세채널 내로 흡상하도록 허용된다. 선택적으로, 접착 밀봉제가 처리 동안 디바이스의 기계적 무결성을 보장하기 위해 디바이스의 에지 주위에 적용될 수 있다. 전형적으로, 밀봉제는 제1 및 제2 전극 기판들의 계면을 접합하도록 적용된다. 접착 밀봉제는 또한 디바이스 내로의 물, 습기 또는 산소의 진입을 방지할 수 있는데, 이들의 진입은 전기활성 단량체의 특성을 시간 경과에 따라 해롭게 하거나 다른 방식으로 열화시킬 수 있다. 접착 밀봉제의 예시적인 재료는 놀랜드 프로덕츠 인크.(Norland Products Inc.)(미국 뉴저지주 크랜베리 소재)로부터의 "놀랜드 옵티칼 어드헤시브68(Norland Optical Adhesive 68)", 쓰리엠 코포레이션(3M Corp)(미국 미네소타주 세인트폴 소재)으로부터의 "스카치-웰드 CA9 인스탄트 어드헤시브(Scotch-Weld CA9 Instant Adhesive)", 또는 록타이트 코포레이션(Loctite Corp.)(미국 코네티컷주 로키힐 소재)으로부터의 "슈퍼플렉스 클리어 RTV 실리콘 어드헤시브 실란트 30562(Superflex Clear RTV Silicone Adhesive Sealant 30562)"를 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 놀랜드 68이 사용된다. 접착 밀봉제는 실내 온도에서 공기 중에서, 열을 이용하여, 또는 자외 조사선으로 경화될 수 있다. 접착 밀봉제는 전기활성 조성물 내의 겔 전해질 재료 이전, 이후, 또는 그와 동시에 경화될 수 있다.
전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스는 제1 및 제2 전극의 노출 영역을 의도적으로 남겨두어 은 페이스트 또는 다른 적합한 전도체 재료를 통해 전기적 오믹 접촉을 가능하게 하도록 구성된다. 바람직하게는, 콜로이드성 은 페이스트 "TED PELLA 187"이 먼저 브러시로 또는 스크린 프린팅 방법을 통해 노출 전극 영역 위로 확산된다. 이어서, 구리 전기 테이프(미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니)가 은 페이스트의 상부에 적용된다. 대안적으로, 구리 전기 테이프만이 사용될 수 있다. 충분한 전기 테이프가 에지 상에 돌출되는 "탭"을 형성하도록 사용되어, 앨리게이터 클램프와 같은 전기적 리드가 디바이스가 아닌 전기 테이프에 부착될 수 있게 한다. 이는 동작 동안 디바이스의 우발적 손상을 방지한다. 노출된 전도성 재료는 전형적으로 각각의 전극의 에지를 따라서 배치된다(예컨대, 도 3의 290' 및 390 참조). 포지티브 바이어스가 하나의 전극에 적용되는 한편, 네거티브 바이어스(또는 접지 단자)가 다른 전극에 적용되거나, 또는 역도 성립한다. 두 개의 투명 전극들 사이의 전위차는 프라이버시 모드와 공유 모드 사이에서 스위칭하기 위한 스위칭가능 재료의 특성을 전기화학적으로 변화시키는 데 사용되는 전류의 통과를 가능하게 한다.
디바이스가 완전히 구성된 후, 전기활성 단량체가 전압(산화 전위)을 디바이스에 걸쳐서 인가함으로써 조립된 디바이스 내에서 인시츄로 중합될 수 있다. 전기활성 단량체는 공액 중합체로 비가역적으로 변환되고, 반대 극성의 전압을 이용하여 전해질 내의 이온 전하에 의해 산화 또는 환원될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 전기활성 단량체는 겔 전해질이 중합되기 전에 중합될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 겔 전해질 및 전기활성 단량체 양쪽 모두는 동시에 중합될 수 있다.
제2 전극 아래의 미세구조 수지 표면은 전기변색 재료가 그의 전기화학적 산화 상태와 환원 상태 사이에서 전환될 때 수직에 대해 30° 초과의 각도에서 더 큰 투과율 변화를 위해 최적화된다. 예시적인 디바이스에서, 전기변색 재료는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜 (PEDOT)의 반상호침입망, 및 폴리(에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트)와 리튬 트라이플레이트의 블렌드를 포함하여 미세채널 내부에서 경화성 전해질로서 작용한다. 적합한 직류 전압(± 2.0V)의 인가 시, 디바이스는 프라이버시 모드 및 공유 모드에 대해 각각 암 상태와 투과 상태 사이에서 반복적으로 스위칭될 수 있다.
전자적 스위칭가능 재료로서 전기변색 재료를 사용하는 경우, 전자적 스위칭가능 재료가 응답하는 전압은 전기변색 재료 및 그것에 이온을 공급하는 전해질 매체의 전기화학적 특성에 의해 결정될 수 있다. 전기변색 재료의 흡수 특성을 변화시키는 데 필요한 시간은 이온이 상기 전기변색 재료 내로 그리고 그 외부로 얼마나 빨리 이동할 수 있는지에 의존하며, 이는 겔 전해질의 특성에 의존한다. 높은 가교결합 밀도의 겔은 더 낮은 가교결합 밀도의 겔에 비해 상대적으로 적은 이온 이동도를 가질 것이다. 디바이스에 대한 전형적인 응답 시간은 채널 내부에서 PEDOT의 전기화학적 산화 또는 환원에 완전히 영향을 주기 위해 1초 내지 최대 6분의 범위이다. 당업자는 가교결합 밀도가 광개시제 또는 가소제 농도, 경화 시간, 중합체 작용기 등을 최적화함으로써 조정될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
제1 DC 전압이 인가되는 경우, 필름은 프라이버시 모드에 있게 되어, 그것이 30°의 뷰잉 각도에서 약 10% 미만의 광 투과율을 갖게 한다. 제2 DC 전압이 인가되는 경우, 필름은 공유 모드에 있게 되어, 그것이 광 투과율에서의 증가를 갖고, 프라이버시 모드와 공유 모드 사이의 투과율에서의 차이가 약 30 내지 약 45°의 뷰잉 각도에 대해 5% 이상이다. 필름은 0° 내지 약 15°의 뷰잉 각도로 공유 모드 및 프라이버시 모드에서 약 25% 이상의 광 투과율을 갖는다.
전자적 스위칭가능 재료는, 제2 DC 전압이 인가되는 경우, 전자적 스위칭가능 프라이버시 필름이 공유 모드에 있게 되어, 그것이 광 투과율에서의 증가를 갖고, 프라이버시 모드와 공유 모드 사이의 투과율에서의 차이가 약 30° 내지 약 45°의 뷰잉 각도에 대해 5% 이상이 되도록 선택될 수 있다. 일부 실시 형태의 경우, 차이는 적어도 6%, 7%, 8%, 9% 또는 10% 이상이다. 공유 모드에 있는 경우, 투과율은 전형적으로 30 내지 45도 범위의 각도에 대해 10% 내지 15% 이상이다. 일부 실시 형태에서, 공유 모드에서의 프라이버시 필름의 투과율은 30° 내지 45°의 범위에 있는 각도에 대해 40%, 또는 35%, 또는 30%, 또는 25% 이하이다. 가변 광학 응답을 달성하기 위해, 제1 전압과 제2 전압 사이의 임의의 전압이 사용될 수 있다. 이는 소정 응용예, 예컨대 자동차용 디밍가능(dimmable) 창 등에서 유리할 수 있다.
소형 1.5V DC 코인 전지 배터리가 프라이버시 필터에 전압을 제공할 수 있다. 프라이버시 필터는 동작시키는 데 매우 적은 전류를 요구하여, (필터가 얼마나 자주 스위칭되는지에 따라) 코인 전지 배터리가 교체될 필요가 있기 전 몇 주 동안 지속되면서 필터를 동작시키는 데 필요한 전류를 제공할 수 있다. 쌍투 쌍극(DTDP) 스위치는 사용자가 반대 극성의 전압을 제공함으로써 프라이버시 필터를 투명하게 하거나 어둡게 하는 것을 허용한다. 하나의 위치에서, 스위치는 필터에 걸쳐서 포지티브 전압을 인가한다. 다른 위치에서, 스위치는 필터에 걸쳐서 네거티브 전압을 인가한다. 간략한 배선도가 도 4a 및 도 4b에 도시된다.
코인 전지 배터리 및 스위치는 터치스크린 디스플레이 디바이스의 배면에 장착되어 사용자가 (필요하다면) 배터리를 바꾸고 스위치를 동작시키게 할 수 있다. 전력은 디스플레이 디바이스를 통해 라우팅되는 두 개의 가요성 구리 테이프들을 통해 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스로 전달된다. 스위칭가능 프라이버시 디바이스는 디스플레이 디바이스의 디스플레이와 터치스크린 사이에 배치된다. 디스플레이 디바이스의 용량성 터치스크린은 터치스크린 조립체의 전방에 적용될 때 단지 커패시턴스 변화에만 감응한다. 터치스크린 후방에서의 커패시턴스 변화는 터치스크린 전방에서의 변화만큼 명확히 정합되지는 않는데(터치 센서는 이것이 허용된 경우에 디스플레이로부터의 잡음을 감지할 것임), 이는 스크린 후방 및 디스플레이 전방의 영역을 스위칭가능 프라이버시 디바이스를 설치하기 위한 적합한 장소로 만든다. 스위칭가능 프라이버시 디바이스 상의 전극은 전극을 비닐 전기 테이프로 절연시킴으로써 디바이스 내의 다른 소자들과는 격리된다. 도 10은 예시적인 터치스크린 디스플레이 디바이스(배터리 팩은 도시되지 않음) 내로의 스위칭가능 프라이버시 디바이스의 설치를 도시한다. 설치된 소자들 중 어느 것도 디바이스의 정상 동작에 영향을 주지 않는다.
다른 바람직한 실시 형태는 디바이스 자체의 전원을 사용하여 프라이버시 디바이스에 전력을 공급하여, 외부 배터리 팩 및 스위치에 대한 필요성을 제거한다. 디스플레이 디바이스는, 대체로, 그것이 그의 마이크로프로세서 및 다른 IC에 전력을 공급하는 데 사용하는 정격 DC 서플라이를 갖는다. 이러한 DC 서플라이는 프라이버시 디바이스에 직접적으로 전력을 공급하는 데 사용될 수 있거나, 또는 전압은 프라이버시 디바이스가 다이오드와 직렬로 전력을 공급받는 경우에 적절히 수정된다. H-브리지 또는 드라이버 IC는 DTDP 스위치가 전시용 모델에 걸쳐서 전압을 스위칭한 것과 동일한 방식으로 필터에 걸쳐서 전압을 스위칭하는 데 사용될 수 있다. 프라이버시 디바이스의 상태 제어는 디바이스 내로 프로그래밍된 온-스크린 제어부를 통해 제어될 수 있다. 사용자는 터치 버튼을 토글링(toggling)함으로써 프라이버시 디바이스의 상태를 간단히 선택할 필요가 있다.
본 명세서에는 또한 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스 및 전계 공급용 회로를 포함하는 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스가 개시된다. 회로는 변압기, 증폭기, 정류기, 다이오드, 저항, 커패시터, 트랜지스터 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에는 또한 본 명세서에 기술된 바와 같은 전자적 스위칭가능 프라이버시 필름 기반 디바이스를 포함하는 디스플레이 디바이스가 개시된다. 대체로, 디스플레이 디바이스는 일부 유형의 광 투과 디스플레이 패널, 예컨대 액정 디스플레이(LCD) 패널을 포함한다. LCD 디바이스는 전형적으로 광 투과 디스플레이에 인접하고 뷰잉 표면을 제공하는 외부 기판 또는 광 출력 기판을 포함한다.
도 6a 및 도 6b는 전자 디스플레이 디바이스와 함께 사용되는 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스의 개략도를 도시한다. 이러한 도면에서, 본 발명의 프라이버시 디바이스는 전자 디스플레이 디바이스의 뷰잉 표면 상에 배치되거나, 또는 그것은 전자 디스플레이 디바이스 내부, 예를 들어 액정 디스플레이 패널과 외부 뷰잉 표면을 형성하는 기판 사이에 포함된다. 도 6a의 도면에서 좌측에 도시된 바와 같은 프라이버시 모드에서, 뷰잉 표면의 법선에 대해 일부 축외 각도로 위치한 관찰자는 디스플레이되는 콘텐츠를 볼 수 없다. 전자 디스플레이 디바이스의 사용자는 전자 스위치를 활성화시켜, 프라이버시 디바이스가 도 6a의 우측에 도시된 공유 모드로 전자적으로 스위칭되게 하고, 관찰자는 자신을 재위치시킬 필요 없이 디스플레이되는 콘텐츠를 볼 수 있다. 사용자는 뷰잉 표면의 법선에 대해 축상 또는 0도의 각도로 위치하고, 전자 디스플레이 디바이스에 의해 디스플레이되는 콘텐츠는 프라이버시 디바이스가 도 6b에 도시된 바와 같이 전자적으로 스위칭되었는지 여부와는 무관하게 프라이버시 모드 및 공유 모드 양쪽 모두에서 볼 수 있다.
도 7a 내지 도 7d, 도 8a 및 도 8b는 텍스트 백그라운드와 함께 사용되는 예시적인 전자적 스위칭가능 프라이버시 디바이스의 이미지들을 도시한다. 도 7a 내지 도 7d에 도시된 디바이스의 경우, 프라이버시 모드(예컨대, 도 7a 및 도 8a)에서, 프라이버시 디바이스의 법선에 대해 일부 축외 각도로 위치한 관찰자는 프라이버시 디바이스 뒤의 텍스트를 볼 수 없다. 전자적 스위치는 활성화되어, 프라이버시 디바이스가 공유 모드로 전자적으로 스위칭되게 하고, (도 7b 및 도 8b에 도시된 바와 같이) 프라이버시 디바이스 뒤의 텍스트가 보일 수 있다. 축상 위치(프라이버시 디바이스의 법선에 대해 0도의 각도)로부터는, 디바이스 뒤의 텍스트는 (예컨대, 도 7c 및 도 7d에서와 같이) 프라이버시 디바이스가 전자적으로 스위칭되었는지 여부와는 무관하게 프라이버시 모드 및 공유 모드 양쪽 모두에서 보일 수 있다.
본 발명의 선택적 실시 형태
본 발명은 선택적 실시 형태로서 하기의 항목을 제공한다:
항목 1. 전자적으로 스위칭가능한 프라이버시 디바이스로서,
제1 투명 전극 층 - 제1 투명 전극 층은:
가요성인 제1 투명 기판 층 및 제1 투명 기판 층의 주표면 상에 배치되는 제1 투명 전기 전도성 층을 포함함 -;
제1 투명 전기 전도성 층에 인접하게 배치되는 전자적 스위칭가능 층; 및
전자적 스위칭가능 층에 인접하게 그리고 제1 투명 전기 전도성 층에 대향하게 배치되는 제2 투명 전극 층을 포함하고,
제2 투명 전극 층은:
제2 투명 기판 층;
미세구조 립들이 교호하는 일련의 립들과 채널들 - 각각의 채널은 인접 립들에 의해 한정되는 채널 벽들을 가짐 - 을 형성하도록 제2 투명 기판 층의 주표면을 가로질러서 연장되는 복수의 미세구조 립들;
대응하는 복수의 채널들에서의 적어도 하나의 채널 벽 상에 배치되는 투명 전극 재료를 포함하는 복수의 투명 전극 부재들;
복수의 제2 투명 전극 부재들에 걸쳐서 전기 접속성을 제공하는 버스 부재; 및
제1 투명 전극 층이 제2 투명 전극 층으로부터 스페이서 요소만큼 이격되도록 전자적 스위칭가능 층 내에 배치되는 스페이서 요소를 포함하고,
전자적 스위칭가능 층의 일부분은 복수의 채널들을 적어도 부분적으로 충전하고, 복수의 투명 전극 부재들과 전기 접촉하고;
전자적 스위칭가능 층은 제1 투명 전극 층 및 제2 투명 전극 층에 걸친 직류 전압의 인가 시에 높은 광 흡수 상태와 낮은 광 흡수 상태 사이에서 조정이 가능한 전자적 스위칭가능 재료를 포함하고;
여기서:
제1 직류 전압이 인가되는 경우, 필름은 프라이버시 모드에 있게 되어, 그것이 30°의 뷰잉 각도로 약 10% 미만의 광 투과율을 갖게 하고;
제2 직류 전압이 인가되는 경우, 필름은 공유 모드에 있게 되어, 그것이 광 투과율에서의 증가를 갖고, 프라이버시 모드와 공유 모드 사이의 투과율에서의 차이가 약 30° 내지 약 45°의 뷰잉 각도에 대해 5% 이상이고, 필름은 0° 내지 약 15°의 뷰잉 각도로 공유 모드 및 프라이버시 모드에서 약 25% 이상의 광 투과율을 갖게 하는, 프라이버시 디바이스.
항목 2. 항목 1에 있어서, 전자적 스위칭가능 재료는 유기 전기변색 재료를 포함하는, 프라이버시 디바이스.
항목 3. 항목 2에 있어서, 유기 전기변색 재료는 표면 결합 비올로겐 염료, 페노티아진, 다이아릴에텐, 또는 전기 전도성 중합체 중 적어도 하나인, 프라이버시 디바이스.
항목 4. 항목 3에 있어서, 전기 전도성 중합체는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리페닐렌 에티닐렌, 폴리알콕시티오펜, 또는 폴리플루오렌 중 적어도 하나인, 프라이버시 디바이스.
항목 5. 항목 4에 있어서, 전기변색 재료는 폴리에틸렌다이옥시티오펜을 포함하는 전기 전도성 중합체를 포함하는, 프라이버시 디바이스.
항목 6. 항목 1 내지 항목 5 중 어느 하나에 있어서, 전자적 스위칭가능 층은 전기 전도성 중합체 및 겔 전해질 재료로 된 상호침입망을 포함하는, 프라이버시 디바이스.
항목 7. 항목 6에 있어서, 전자적 스위칭가능 층은 가교결합 유닛을 포함하고, 가교결합 유닛은 에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트인, 프라이버시 디바이스.
항목 8. 항목 1 내지 항목 7 중 어느 하나에 있어서, 스페이서 요소는 복수의 스페이서 비드들인, 프라이버시 디바이스.
항목 9. 항목 1 내지 항목 8 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 채널 벽 상에 배치되는 투명 전극 재료는 대응하는 복수의 채널들에서의 채널 벽들 양쪽 모두에 배치되는, 프라이버시 디바이스.
항목 10. 항목 1 내지 항목 9 중 어느 하나에 있어서, 복수의 투명 전극 부재들 중의 투명 전극 부재들 중 적어도 일부는 각각 채널 벽들의 양쪽 모두에 연속해서 그리고 인접 립들 사이에 연장된 제2 기판의 일부분에 의해 한정되는 채널 바닥부에 걸쳐서 배치되는 투명 전극 재료를 포함하는 일원적 구성을 갖는, 프라이버시 디바이스.
항목 11. 항목 1 내지 항목 10 중 어느 하나에 있어서, 제2 투명 전극 층의 각각의 립은 약 25 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터의 높이 및 약 25 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터의 폭을 갖는, 프라이버시 디바이스.
항목 12. 항목 1 내지 항목 11 중 어느 하나에 있어서, 각각의 립은 높이 H, 폭 W, 및 약 1.5 초과의 립 종횡비 H/W를 갖는, 프라이버시 디바이스.
항목 13. 항목 1 내지 항목 12 중 어느 하나에 있어서, 제2 투명 전극 층의 각각의 채널은 약 25 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터의 높이 및 약 1 내지 약 50 um의 폭을 갖는, 프라이버시 디바이스.
항목 14. 항목 1 내지 항목 13 중 어느 하나에 있어서, 각각의 채널은 높이 H, 폭 Y, 및 5 초과의 채널 종횡비 H/Y를 갖는, 프라이버시 디바이스.
항목 15. 항목 1 내지 항목 14 중 어느 하나에 있어서, 제1 투명 전극 층은 약 25 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터의 최소 거리로 제2 투명 전극 층으로부터 이격되는, 프라이버시 디바이스.
항목 16. 항목 1 내지 항목 15 중 어느 하나의 프라이버시 디바이스, 및 직류 전압을 공급하기 위한 회로를 포함하는, 물품.
항목 17. 디스플레이 디바이스로서, 디스플레이 픽셀 어레이; 디스플레이 픽셀 어레이에 인접하고, 디스플레이 픽셀 어레이에 대향하는 뷰잉 표면을 포함하는 디스플레이 커버 표면; 및 뷰잉 표면 상에 배치되는 항목 1 내지 항목 15 중 어느 하나의 프라이버시 디바이스를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
항목 18. 항목 17에 있어서, 항목 1 내지 항목 15 중 어느 하나의 프라이버시 디바이스는 디스플레이 픽셀 어레이와 디스플레이 커버 표면 사이에 배치되는, 디스플레이 디바이스.
항목 19. 항목 18에 있어서, 디스플레이 커버 표면은 터치 센서를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
실시예들
이하의 상세한 실시예와 관련하여 본 발명의 작동에 대해 추가로 설명할 것이다. 이들 실시예는 구체적이고 바람직한 다양한 실시 형태 및 기술을 추가로 예시하고자 제공된다. 그러나, 본 발명의 범주 내에 있으면서 많은 변형 및 수정이 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 달리 특정되지 않으면, 모든 백분율 또는 부(part)는 중량 기준이다. 용어 "중량%"는"중량 퍼센트"의 약어이다.
투과율 측정치들
달리 특정되지 않는 한, 투과율 값은 헤이즈 미터(미국 매릴랜드주 컬럼비아 소재의 비와이케이-가드너 유에스에이(BYK-Gardner USA)로부터 상표명 "헤이즈-기드 플러스(HAZE-GARD PLUS)"로 입수함)를 사용하여 측정했다.
실시예에서 사용된 재료들을 표 1에 열거한다.
[표 1]
Figure 112015097585295-pct00001
실시예 1
실시예 1을 위한 미세구조 필름 층의 제조
하기의 상세사항에 따라, 롤-투-롤 웨브 코팅 공정을 이용하여 프라이밍된 PET 필름 상에 아크릴레이트 수지 제형을 성형 및 UV 경화시킴으로써 미세구조 필름을 제조하였다. 아크릴레이트 수지 제형(미국 특허 제8,012,567호(가이데스 등)에 기재됨)을 코팅 전에 80℃로 가열하여 수지의 점성을 감소시켰고, 이어서 이동 웨브 상에 부었다. 사용된 웨브 속도는 10 ft/min (약 3 미터/분)이었고, 코팅된 웨브를 110℉ (43℃)에서 동작하는 미세구조 원통형 각인(imprinting) 툴에 맞대어 가압했다. 이어서, 미세구조 수지를 600 와트/2.5 cm(100% 전력 설정)로 설정된 퓨전(FUSION) 고강도 UV D-벌브 램프(미국 매릴랜드주 로크빌 소재의 퓨전 시스템스(Fusion Systems)로부터 입수함)의 두 개의 뱅크를 사용하여 경화시켰다. 이어서, 경화된 미세구조 수지를 4 피트(1.2 미터) 길이에 대해 200℉ (93℃)로 설정된 어닐링 오븐에 통과시켰다. 생성된 미세구조 필름은 규칙적으로 이격된 립들 및 채널들을 가졌고, 이때 채널 벽들 및 채널 바닥부는 서로에 대해 공칭상 직각이다. 필름의 미세구조 표면의 특징부들은 표 2에 요약되어 있다.
[표 2]
Figure 112015097585295-pct00002
필름의 미세구조 표면을 3분 동안 10-2 토르(torr)의 진공 하에 공기 플라즈마에 대한 노출에 의해 클리닝시켰고, 임의의 남은 먼지를 가압 클린 질소로 미세구조 표면으로부터 제거하여, 클리닝된 미세구조 필름(약 15 cm × 23 cm)을 제공하였다.
실시예 1을 위한 전도성 미세구조 캐소드의 제조
95 중량부 PEDOT/PSS 수성 분산물과 5 중량부 에틸렌 글리콜의 혼합물을 함유한 투명 전도성 중합체의 수성 제형을 상기에 제조한 클리닝된 미세구조 필름의 선단 적층 에지에 적용하였다. PET 필름의 커버 시트를 코팅된 영역 위에 놓았고, 적층 닙(laminating nip)을 필름의 샌드위치에 닿게 낮추었다. 적층은 (용액을 미세채널 내로 밀어 넣도록) 미세구조 필름 내의 미세채널의 방향으로 20 psi(140 ㎪)의 압력 및 분당 10 피트(분당 약 3 미터)의 속도로 행하였다. 적층은 용액이 트레일링트레일링 에지(trailing edge)를 흘러 넘기 전에 중지시켰고, 용액이 정착하여 모세관 작용을 통해 채널 내로 충전할 수 있도록 적층체를 10분 동안 두었다. PET 시트를 제거하였고, 이어서 미세구조물의 상부에서 과잉 용액을 클림룸 와이프로 닦아냈다. 코팅된 샘플을 유리판에 테이핑하고, 120℃에서 3분 동안 재순환 공기 오븐에 두었다. 다음, 상기의 PEDOT/PSS 수성 분산물과 에틸렌 글리콜 혼합물의 제2 코팅을 전술한 바와 동일한 절차를 이용하여 제1 코팅의 상부 위에 적용하였고, 전술한 바와 같이 건조시켰다. 이어서, 콜로이드성 은 페이스트의 1 cm 폭 밴드를 미세채널 방향에 수직으로 필름의 하나의 에지를 따라서 투명 전도체 코팅 필름에 걸쳐서 분산시켜, 투명 전도체로 충전된 채널들 각각을 전기적으로 접속시킨 "버스 바"를 제공하였다. 샘플을 80℃의 온도에서 10분 동안 오븐에 두어 콜로이드성 페이스트로부터 용매를 건조시켰다. 표준 옴미터(2-점 프로브)를 사용해서 10 cm × 10 cm 면적에 대해 저항 측정을 수행하여, 약 85 옴의 저항 값을 얻었다.
실시예 1을 위한 디바이스의 프레이밍
미세구조 캐소드 상에서의 경화성 액체 전해질의 확산을 제어하기 위해, 그리고 캐소드와 애노드 사이의 전기적 단락의 회피를 돕기 위해, 4 인치 × 4 인치(약 10 cm × 10 cm) 이상의 '창 프레임'을 2 밀(51 마이크로미터)의 프라이밍되지 않은 PET 필름으로부터 절단하였다. 미세 선단 전달 피펫(fine-tipped transfer pipette)(미국 캘리포니아주 산 페르난도 소재의 삼코 사이언티픽(Samco Scientific)으로부터 상표명 "삼코"로 입수함)을 사용해서, NOA 61 접착제를 미세구조 캐소드의 경계부 주위에 두었다. 2 밀(51 마이크로미터) PET의 얇은 직사각형 프레임을 접착제 상부에 두어 적층체를 형성시켰다. 적층체를 이형 라이너(미국 버지니아주 필데일 소재의 씨피 필름즈(CP Films)로부터 상표명 "T50 클리어실(CLEARSIL)"로 입수함)로 덮었고, 핸드 롤러를 사용해서 평탄화시켰으며, 적층체를 공기 중에 15분 동안 365 nm UV 램프 벌브(2.0 mW/㎠)의 뱅크 아래에 두어 접착제를 경화시켰다. 이어서, 이형 라이너를 다음 단계 전에 제거하였다.
실시예 1을 위한 경화성 전해질 제형의 제조
표 3에 열거된 성분들을 클린 및 건조 앰버 바이알 내에 투입하여 경화성 전해질 제형을 제조하였다.
[표 3]
Figure 112015097585295-pct00003
바이알 내의 혼합물을 1분 동안 3000 rpm으로 교반시켰고, 이어서 35℃ 내지 45℃ 수조에서 30분 동안 초음파 처리하여 모든 가용성 성분들을 완전히 용해시키고 PMMA 비드를 균질하게 분산시켰다.
실시예 1을 위한 애노드 적용 및 중합체 전해질 층의 제1 경화
약 1 인치(약 2.5 cm) 애노드 돌출부가 캐소드의 3개의 면 주위에 존재하도록 캐소드 디바이스의 창 프레임보다 약간 더 큰 ITO 코팅 PET 필름을 절단함으로써 애노드 층을 제조하였다. ITO 표면을 적층 전에 1분 동안 산소 분위기에서 플라즈마 클리닝하였고, 이어서 플라스틱 피펫을 사용해서 미세구조 캐소드 필름의 프레이밍된 영역 상에 2 밀리리터의 경화성 전해질/EDOT 제형(표 3 참조)을 분산시켜, 기포의 형성을 피하는 데 주의를 기울였다. 애노드 층을 경화성 전해질의 층 상부에, ITO 면이 아래로 오도록 배치하였고, 핸드 롤러를 사용해서 적어도 캐소드 디바이스의 폭을 아래로 부드럽지만 견고하게 압착하여, 은 페이스트 버스 바를 포함하지 않은 캐소드의 3개의 면에 1 인치 돌출부를 유지시키는 것을 보장했다. 트레일링 에지를 넘어 유동한 과잉 재료를 클린룸 와이프로 제거하였다. 경화성 전해질의 코팅 후, NOA 68 접착제를 애노드/캐소드 계면의 4개의 모든 면 주위에 적용하여 디바이스를 밀봉하였다. 필름의 이러한 적층체를 15분 동안 2.0 mW/㎠로 UV 벌브의 뱅크 아래에 두어 경화성 전해질 및 NOA 68 접착제의 층을 동시에 경화시키는 한편, EDOT 재료는 사실상 중합되지 않은 상태로 남겨 두었다. 이어서 약 0.125"(약 3 mm) 폭의 쓰리엠 구리 테이프의 스트립을 디바이스의 3개의 면 주위에 있는 ITO 애노드 돌출부 상에 두었다.
실시예 1의 프라이버시 디바이스를 형성하기 위한 전기적 중합
미세구조 필름면(즉, 캐소드) 상의 은 페이스트에 부착된 포지티브 단자, 및 상부 전극(즉, 애노드) 상의 구리 테이프에 부착된 네거티브 단자를 사용해서, 디바이스를 DC 전압원(미국 캘리포니아주 요바 린다 소재의 비케이 프리시젼 인크.(BK Precision Inc.)로부터 상표명 "BK1672 트리플 아울렛 디씨 볼티지 파워 서플라이(TRIPLE OUTLET DC VOLTAGE POWER SUPPLY)"로 입수함)에 부착하였다. +4.0V DC 전압을 약 10분 동안 인가하여 경화된 중합체 전해질의 매트릭스 내부에서 EDOT 단량체를 전자적으로 중합시켰다. 그 후, 샘플을 +2.0V DC 전압의 인가(공유 모드)로 투과성 담청색(산화 상태)으로 그리고 -2.0V DC 전압의 인가(프라이버시 모드)로 심청색(환원 상태)으로 반복해서 전환시켰다. 0° 및 45°의 뷰 각도로 프라이버시 모드 및 공유 모드에서 프라이버시 디바이스의 투과율 측정을 행하였고, 결과는 표 4에 요약된 바와 같다.
[표 4]
Figure 112015097585295-pct00004
각각의 뷰 각도에 대해, 공유 모드에서의 투과율 값으로부터 프라이버시 모드에서의 투과율 값을 감산함으로써 표 4에 열거된 "델타" 값들(뿐만 아니라 하기의 표 6 및 표 8에 열거된 것들)을 계산하였다.
실시예 1의 프라이버시 디바이스에 대해 뷰잉 각도의 함수로서 광 투과율을 편광경(프랑스 소재의 엘딤 코포레이션(Eldim Corp.)으로부터 상표명 "엘딤 80 코노스코프(CONOSCOPE)"으로 입수함)을 사용해서 측정하였다. 백색 스크린을 디스플레이하는 디스플레이 디바이스(미국 캘리포니아주 쿠퍼티노 소재의 애플 인크.(Apple Inc.)로부터 상표명 "애플 아이패드(IPAD)"로 입수함)의 디스플레이 스크린 상에 필름을 두었다. 프라이버시 디바이스를 갖춘 경우와 갖추지 않은 경우의 디스플레이 디바이스의 휘도(Cd/m2, 또는 "nit", 즉, 밝기) 프로파일을 측정하였다. 프라이버시 디바이스를 프라이버시 모드 및 공유 모드 양쪽 모두에서 측정하였다. 엘딤 80 코노스코프를 사용하여 광 제어 필터를 갖춘 경우와 갖추지 않은 경우 양쪽 모두에서 분산 광원의 휘도(밝기) 프로파일을 측정하였다. 편광경 이미지의 자오선을 따른 슬라이스(slice)가 뷰잉 각도의 연속 함수로서 휘도(nit 단위)를 보여주며, 이러한 데이터는 도 9에 도시된다. 도 9에서, 참조로, 901은 프라이버시 모드 데이터이고, 902는 공유 모드 데이터이며, 903은 쓰리엠 표준 정적 프라이버시 필터에 대한 데이터이고, 904는 백색 스크린을 보여주는 애플 아이패드 디스플레이 디바이스로부터의 백그라운드 신호이다.
실시예 2
경화성 전해질 제형을 표 5에 열거된 재료를 사용해서 제조했다는 점을 제외하면, 실시예 1과 동일한 방식으로 제2 프라이버시 디바이스를 제조하였다.
[표 5]
Figure 112015097585295-pct00005
프라이버시 모드 및 공유 모드에서 실시예 2의 디바이스의 투과율 측정을 행하였고, 결과는 표 6에 요약되어 있다.
[표 6]
Figure 112015097585295-pct00006
실시예 3
경화성 전해질 제형을 표 7에 열거된 재료를 사용해서 제조했다는 점을 제외하면, 실시예 1에 대한 것과 동일한 방식으로 제3 프라이버시 디바이스를 제조하였다.
[표 7]
Figure 112015097585295-pct00007
프라이버시 모드 및 공유 모드에서 태블릿 크기 프로타입에 대해 실시예 3의 디바이스의 투과율 측정을 행하였고, 결과는 표 8에 요약되어 있다. 도 7a 내지 도 7d는 명함 크기 프라이버시 디바이스에서의 실시예 3의 프라이버시 디바이스의 성능을 보여준다.
[표 8]
Figure 112015097585295-pct00008
특정 실시 형태가 본 명세서에서 예시되고 기술되었지만, 당업자는 다양한 대안의 및/또는 등가의 구현예들이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 대체될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (19)

  1. 전자적으로 스위칭가능한 프라이버시 디바이스로서,
    제1 투명 전극 층 - 제1 투명 전극 층은:
    가요성인 제1 투명 기판 층 및 제1 투명 기판 층의 주표면 상에 배치되는 제1 투명 전기 전도성 층을 포함함 -;
    제1 투명 전기 전도성 층에 인접하게 배치되는 전자적 스위칭가능 층; 및
    전자적 스위칭가능 층에 인접하게 그리고 제1 투명 전기 전도성 층에 대향하게 배치되는 제2 투명 전극 층을 포함하고,
    제2 투명 전극 층은:
    제2 투명 기판 층;
    미세구조 립(rib)들이 교호하는 일련의 립들과 채널들 - 각각의 채널은 인접 립들에 의해 한정되는 채널 벽들을 가짐 - 을 형성하도록 제2 투명 기판 층의 주표면을 가로질러서 연장되는 복수의 미세구조 립들;
    대응하는 복수의 채널들에서의 적어도 하나의 채널 벽 상에 배치되는 투명 전극 재료를 포함하는 복수의 투명 전극 부재들;
    복수의 제2 투명 전극 부재들에 걸쳐서 전기 접속성을 제공하는 버스 부재; 및
    제1 투명 전극 층이 제2 투명 전극 층으로부터 스페이서 요소만큼 이격되도록 전자적 스위칭가능 층 내에 배치되는 스페이서 요소를 포함하고,
    상기 스페이서 요소는 복수의 스페이서 비드들인 것이고,
    전자적 스위칭가능 층의 일부분은 복수의 채널들을 적어도 부분적으로 충전하고, 복수의 투명 전극 부재들과 전기 접촉하고;
    전자적 스위칭가능 층은 제1 투명 전극 층 및 제2 투명 전극 층에 걸친 직류 전압의 인가 시에 높은 광 흡수 상태와 낮은 광 흡수 상태 사이에서 조정이 가능한 전자적 스위칭가능 재료를 포함하고;
    제1 직류 전압이 인가되는 경우, 상기 프라이버시 디바이스는 프라이버시 모드(privacy mode)에 있게 되어, 그것이 30°의 뷰잉 각도로 10% 미만의 광 투과율을 갖게 하고;
    제2 직류 전압이 인가되는 경우, 상기 프라이버시 디바이스는 공유 모드(share mode)에 있게 되어, 그것이 광 투과율에서의 증가를 갖고, 프라이버시 모드와 공유 모드 사이의 투과율에서의 차이가 30° 내지 45°의 뷰잉 각도에 대해 5% 이상이고, 상기 프라이버시 디바이스는 0° 내지 15°의 뷰잉 각도로 공유 모드 및 프라이버시 모드에서 25% 이상의 광 투과율을 갖는, 프라이버시 디바이스.
  2. 물품으로서,
    제1항의 프라이버시 디바이스; 및
    직류 전압을 공급하기 위한 회로를 포함하는, 물품.
  3. 디스플레이 디바이스로서,
    디스플레이 픽셀 어레이;
    디스플레이 픽셀 어레이에 인접하고, 디스플레이 픽셀 어레이에 대향하는 뷰잉 표면을 포함하는 디스플레이 커버 표면; 및
    뷰잉 표면 상에 배치되는 제1항의 프라이버시 디바이스를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
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